JPH0394163A - 液面検知機構 - 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分注機に適用される液面検知機
構に係り、分注ノズルの電蝕防止及び分注後の残液面検
知ができる液面検知機構に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置では、特開昭６３−１１１．４２５号公報に
記載のように、分注用のノズルが液面に達しているかど
うかを検知する液面検知機構は、第２図のように、分注
ノズル１と液面検知電極２ｌとを有し、分注ノズル１を
液面検知電極２１よりも低い電位にし、液面検知電極２
１を高抵抗ＲＨ１５　　を用いて分注ノズルエよりも高
い電位に保ち、この液面検知電極２１の電位変化をコン
パレータ１６により判断して、試験管６内の液体７の液
面に分注ノズル１が達しているかどうかを、コンパレー
タｌ６の出力のＨ／Ｌのディジタル値として、知るもの
である。

分注ノズル１は液面検知電極２１とは電気的に絶縁され
かつ両者は液面に対し同時に上下する機構となっている
。分注ノズル上と液面検知電極２１が共に液面に付いて
いる時は、ノズルと電極間の電気抵抗が、液体の電気抵
抗ＲＬとなるため、液面検知電極２ｌの電位は、高抵抗
Ｒｏｌ５　　に接続されている電位ＶｏをＲ　ＨとＲＬ
とで分割したＲＬ ＶＨとなる。コンパレータｌ６の入力にＲ　＋＋　＋　
Ｒ　＋、 Ｒｏ＋Ｒ＋． この電位より高く、ＶＨより低い基準電圧ＶＲ１７とを
入力しておく。液面検知電極２１を負入力、基準電圧Ｖ
Ｒ１７　　を正入力にしておけば、液面にパレータ↓６
の出力はＨとなり、液面に無い時はＶ−＝ＶＨ＞ＶＲ＝
Ｖ＋　となり、コンパＩ／−１１６（７）出力はＬどな
る。

ここで高抵抗ＲＨ１５　　・基＄電圧ＶＲ１７　　の値
は、分注液体の電気電導率・ノズルー電極間の間隔・コ
ンパレータ１６のバイアス電流・オフセット電圧・液面
検知電極２」と分注ノズル１との絶−３− 縁抵抗値・高抵抗Ｒｏに接続する電位ＶＨの値・ノイズ
耐性等によって決まる。一般には、分注ノズル１をＧＮ
Ｄレベルにし、液面検知電極２工の絶縁を四フッ化エチ
レン等を用いて数十ＧΩに保ち、ＴＴＬに直結できるよ
うにコンパレータ１６を５■単電源を用い、超純水を一
昼夜空気中で放置し、二酸化炭素等の解け込んだ水と同
等以上の電気電導度の液体を分注する場合、ノズルー電
極間隔が２ＩＩＩｎ程度であれば、Ｒｏ＝１．５ＭΩ，
■Ｈ５Ｖ．ＶＲ＝２．７Ｖ程度となる。

〔発明が解決しようとする課Ｍ） 上記従来技術では液体を分注するのに、分注ノズルエ以
外に液面検知電極２ｌが必要となり、特に同時に複数本
の分注ノズルで複数分注をする場合に、全ての分注ノズ
ルに液面検知電極２工を取り付けると、複雑となり、か
つ、分注される液体を入れる試験管やサンプルカップ等
の内径が近年真空採血管の動向に見られるように小径に
なってきているため、全ての分注ノズルに液面検知電極
２１を取り付けて試験管６内に入れることが、極一４− めて困難となる。

又第３図のように複数の分注ノズルに対し１本の液面検
知電極を用いる場合には、分注される液体の入った試験
管の回転位置では、分注ノズルと液面検知電極が近づき
、同時に上下し、反応容器等液体を吐出する回転位置で
は、複数の分注ノズルが別々の反応容器２２に吐出でき
るように、分注ノズル上の先端が開き、かつ、分注精度
を高めるため、反応容器２２の底に分注ノズルの先端を
接して、吐出させなければならない。このため、吐出側
には液面検知電極２１は回転しないようにし、上下して
も問題の無い回転位置で回転動作は停止しているか、吐
出する回転位置では、分注ノズルのみ上下し、液面検知
電極２１は、上下しない機構とする必要が有る。いずれ
にせよ機構が極めて複雑となり、コスト高、振動大、分
注精度の低下、分注速度の低下等の問題が有った。

本発明の目的は、複数本の分注ノズルの内１本以上を電
気的に液面検知電極２１と同じにし、分注ノズル以外の
液面検知電極２ｌを物理的に無くした機構にすることに
より、分注機構を簡単にし、振動の低減、分注精度の向
上および分注速度の向上を図ることにある。

又、分注ノズルが電気的に液面検知電極２１を兼ねるこ
とにより、正側の電位となる分注ノズルが電蝕し、やが
てはノズル表面の凸凹により、分注精度が劣化する。本
発明のもう工つの目的は、分注ノズルｌｈ交番電圧を加
えることにより、ノズルの電蝕を防止し、ノズルの寿命
を長くすることにある。さらに、分注時、吸引量が多す
ぎると、液体だけでなく空気を吸引してしまう可能性が
有り、それは、吸引量だけでは決まらず、分注される液
体の入っている容器の内径や、内部のテーパにより異な
る。しかし、分注ノズルの先端はかすかに液面にまだ接
しているために、吸引後も液面に有るという出力しか得
られない。よって、本発明の他の目的は、この吸引時に
、空気を吸ってしまったどうかの有無を、吸引後分注ノ
ズルを上昇させた直後の液面検知出力を保持することに
より、後で判別できるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、複数本の分注ノズルを２組
に分けて、その２組間を電気的に絶縁し、その２組間の
電圧が、交番電圧になるように、電圧を加える。加え方
としては、片方の組又は両方の組の分注ノズルに、高抵
抗を介して交番電圧に接続する。高抵抗を介した方の分
注ノズルの電位をコンパレータの正又は負入力端子に接
続し、残りの負又は正入力端子に比較するための基準電
圧を入力する。さらにコンパレー夕の出力に、その瞬間
のレベルを記録保持するラッチ回路を接続し、交番電圧
の周波数に同期したタイミング信号を、ラッチ回路のク
ロック入力に接続し、コンパレー夕の出力を交番電圧の
一周期の内のある一瞬のレベルを次の周期まで保持させ
るようにしたものである。

これにより分注ノズルの電位は正負が交互に繰り返えし
、液体に接した時に流れる電流も、流れ出す方と入る方
とを交互に繰り返えし、分注ノズルの金属イオンの液体
中への電離による溶け出し７ ８ を防止できる。又、コンパレータの出力は、分注ノズル
が液体に接していない時でも、交番電圧が掛かつている
ために、Ｈ　／　Ｌを交番電圧の周期で繰り返えすが、
その後のラッチ回路により、液体に接していない時は、
コンパレータの出力がＨ又はＬになっており、液体に接
している時は、その逆になっている。交番電圧の一周期
にある一瞬をラッチして、一周期間保持することにより
、分注ノズルが液面に達しているかどうかを、ラッチ回
路の出力のＨ　／　Ｌとして検知できる。

さらに、分注ノズルが液体を吸引する時に、分注量が多
く、液面が低下し、空気まで吸いこんでしまったかの有
無を確認するためには、分注ノズルの上昇移動量を測定
又は一定量上昇したことの判別できる電気信号の得られ
る機構を設け、分注ノズルが液体を吸引後上昇直後、分
注ノズル先端のテーパ分上昇した時点で再度分注ノズル
が液面に接しているかどうか、ラッチ回路の出力により
判別し、その瞬間の液面の有無により、まだ液面に有れ
ば空気の吸引は無く、液面になかったならば、空気の吸
引が有ったと判別できる。

〔作用〕

２組の電気的に絶縁された複数の分注ノズルは少なくと
も１組は高抵抗を介して交番電圧に接続されるが、分注
ノズルが液面に接していなければ、分注ノズルの電位は
、それぞれ接続されている交番電圧と同電位となる。こ
れが液面に接すると、分注ノズルの電位は高抵抗と液面
の電気抵抗で交番電圧を分割した電位となり、交番電圧
の周期のある一瞬を見れば、分注ノズルが液面に有るか
どうかの判別ができる。これにより、分注ノズルの電位
をコンパレー夕により基準電圧より高いか低いかを判別
すれば、電気的なＨ　／　Ｌのデイジタル的に液面にあ
るかどうかの判別ができる。しかし、分注ノズルには交
番電圧が掛かつているために、コンパレータの出力は、
Ｈ／Ｌを繰り返すため、交番電圧に同期したタイミング
信号により、交番電圧の一周期のある一瞬のタイミング
を作り、それをクロックとして、コンパレータ出力をラ
ッチ回路で保持することにより、安定した、Ｈ／Ｌ出力
による、液面検知出力を得ることができる。又、分注ノ
ズルが液体内に入ると、イオンの移動により、分注ノズ
ル間の液体に電流が流れることになるが、正側になった
分注ノズルの金属からは金属イオンが液体中に溶け出す
ために、分注ノズルが電蝕する可能性が有る。しかし、
分注ノズルに掛かつている電圧は交番電圧であるために
、流れる電流も交番電流となる。したがって、分注ノズ
ルから溶け出し、反対側の電位の分注ノズルに向かって
移動しだした金属イオンは，反対に、溶け出した分注ノ
ズルに向かって戻って来るため、ほとんど金属イオンの
溶け出す量は無く、分注ノズルの電蝕は発生しなくなる
。

又、分注ノズルを上下する駆動制御回路により分注ノズ
ルの先端テーパ部の長さだけ、上昇した時点の瞬間のタ
イミング信号を作成し、さらにその信号をクロックとし
て、上記液面検知の出力を保持すれば、その時の分注に
おいて、液面が分注ノズル先端のテーパ部まで低下した
かどうかの判別ができ、すなわち、テーパ部まで低下し
て空気を吸引してしまったかどうか、設定通りの分注が
できたかどうかの電気的信号を保持することができる。

したがってこの信号を用いて、その分注に対し、分注量
が適当であるかどうかのアラームを出力することが可能
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。分析
するための測定用液体７を試験管６より吸引し、反応容
器２２へ分注する機構において、分析処理能力を向上さ
せるために同時に複数本（本図では説明上２本とする）
の分注ノズルｌａ，１ｂに吸引・吐出用のシリンジ２を
それぞれ設けて、液体７の吸引・吐出が行なえるように
し、１本の試験管６と二個の反応容器２２に分注ノズル
１を入れるために、開閉機能付サンプリングアーム３を
設け、さらに、分注精度向上、クロスコンタミの低減等
を目的に、分注ノズル１を液体７に突入させる量を一定
量ｈ保つための液面検知のために、分注ノズルｌａには
発振回路１３の電位を直接加え、分注ノズル１ｂには発
振回路１３の信−１１ １２ 号をインバータｌ４にて反転させさらに、高抵抗ｌ５を
介して信号を加える。

その分注ノズル１ｂの電位信号をコンパレータ１６の負
入力に加え、正入力には、基準電圧ＶＲ１７を加える。

さらにコンパレータ１６の出力をラッチ回路工８の入力
に加え、ラッチ回路１８のクロツクには発振回路１３の
信号を入力する。さらにラッチ回路１８の出力すなわち
液面検知出力信号を次のラッチ回路１９の入力に加えて
、ラッチ回路上９のクロツクには、サンプリングアーム
３の回転モータ５及び上下モータ４に回転信号８、上下
信号９を出力する制御駆動回路１０から、上昇直後信号
１１を入力し、クリア入力には、回転完信号工２を入力
する。これにより設定分注量不足アラームが出力として
得られる。

分注ノズルｌａ，ｌｂはそれぞれ電気的に絶縁されてい
るため、液体７を分注するために、サンプリングアーム
３を回転モータ５を回転させ試験管６の上部位置に移動
させ、上下モータ４により分注ノズルｌａ，ｌｂを下降
させて行くと、液体７に達するまでは第４図に示すよう
な各電圧変化を示す。すなわち、分注ノズル１ａは発振
回路１３の出力電圧すなわち５０％デューテーの矩形波
となり、分注ノズル１ｂはインバータ１４によりその逆
の波形となる。この分注ノズルｌｂの電位は基準電圧Ｖ
Ｒ１７　　を毎回よぎるために、コンパレータの出力は
５Ｖ／ＯＶにＯＮ／Ｏ　Ｆ　Ｆ　Ｌ，てしまう。

このコンパレータ１６の出力を発振回路１３の出力の立
ち下がりエッジをクロツクとして、ラッチ回路１８によ
り保持することにより、液面検知の出力は５■の一定の
値を示す。この時、分注ノズルｌｂの電位は５ｖからＯ
Ｖへの変化点にあるが、インバータ１４，高抵抗ＲＨ１
５　　と配線容量ＣＬとの１／ＣｔＲｏ、及びコンパレ
ータ１６のデイレイにより、クロックよりも変化点が遅
れるため、ハザード等の誤動作が防止でき、かつ、ｌ／
Ｃ　＊　Ｒ　Ｈによる波形のなまりが有っても、最も出
力が大きくなり、ダイナミックレンジのとれる回路とな
る。

一方、分注ノズルが下降して行き、液体７に達した時に
は第５図に示すような電圧波形となる。

すなわち分注ノズルｌａ，ｌｂが絶縁状態から液体７の
電気抵抗ＲＬ２４　で接続され、第６図，第７図に示す
等価回路を発振回路］３の周期内で交互に示すようにな
る。したがって分注ノズルｌｂＲ　Ｌ　＋　Ｒ　Ｈ　　
　　　　Ｒ　Ｌ　＋　Ｒ　ｏＲＬ＜Ｒｌ｛どなるように
設定しておけば、振幅は小さいが分注ノズルｌａに同期
して同じ向きの電位変化になる。このためラッチ回路１
８のクロツクに対して、液面に無い時と逆にコンパレー
タ１６の出力は５■となり、液面検知出力はＯｖとなる
。

この液面検知出力の信号変化を制御駆動回路１０に送り
、吸引量による液体７の液面低下及び分注ノズル１の先
端テーパ分を考慮した分、液体７に突入させるよう上下
モータ４を制御停止させる。この状態で液体７を吸引す
るがこの時間は液体７に分注ノズル１から電流が流れ、
すなわちイオン電導が行なわれる。分注ノズル１は金属
を用いているため正の金属イオンが溶け出し、分注ノズ
ルが電蝕する可能性が有るが、イオンは、分注ノズル１
ａからｌｂに向かった直後には１ｂから１８に向かう交
番電流のため分注ノズルｌは電蝕しない。このため突入
量ｈは、交番電流を作る交番電圧を正弦波や、デューテ
イー５０％の矩形波にし、直流分を無くす必要が有り、
たとえば第８図のように、デューテイーの５０％でない
パルス発振回路２５の出力を１／２に分周する分周回路
２６により、周波数を半分にすれば、発振回路１３は、
容易に実現でき、低コストの回路となる。

又、第９図のように試験管６に入っている液体７が少な
く、液面が試験管６の底面近くにあると、吸引量と試験
管６の内径により、吸引後の液面低下を計算し、分注ノ
ズル１を突入させているが、液面の有る所の内径は小さ
くなっており、設定量を吸引すると、計算以上の液面が
低下し、第１０図（．）のように、分注ノズル先端のテ
ーパにより空気を吸引し、設定量の分注が行なえず、分
析データに誤差を生じてしまい、この誤差が生じたｌ５ １６一 こども判別できない。

このために、第１０図（ａ）のように分注ノズルのテー
パ分上昇した時点で再度液面検知信号を確認し液面にま
だ有れば、テーパ分までの液面低下はなく、全て液体の
吸引となり正確な分注が行なわれたことが分かり、逆に
液面になければ、テーパ分以上液面が低下し、空気も吸
入して、分注量に誤差が生じてしまったことが判別でき
、その分注に対しアラームを表示するか、再分注する等
のバックアップ処理を行なうことができる。具体的には
、第１０図（ｂ）で停止して再確認をすると、分注処理
速度が低下するため、上昇開始後テーパ分だけ上昇させ
た時点で制御駆動回路１０より上昇直後信号工１を出力
し、その信号をクロツクとしてラッチ回路↓９を用いて
液面検知出力を保持すれば、ラッチ回路１９の出力は、
分注不足アラームの出力として用いることができる。こ
れを毎回の分注毎に出力するために、サンプリングアー
ム３を回転させ試験管６の上部に回転させた時に回転完
信号１２を制御駆動回路１０より出力し、ラッチ回路１
９のクリアに入力し、分注ごとにアラームの無有を確認
できる。

第ｌ１図にこの一実施例を示す。上下用モータ４にパル
スモータを用い、上下動作に必要なパルスを発生・停止
させる制御回路２７によりパルス発生回路２８を制御し
、そこから発生するパルスモータ制御用パルスにしたが
ってパルスモータ駆動回路２９で上下モータ４を動作す
る。パルス発生回路２８より上下モータ４の移動量をモ
ニタできるパルスモニタを出力し、カウンタ回路３０で
そのパルスを計測することにより、分注ノズル１の先端
テーパ分だけ上昇した時点を示す。上昇直後信号１工を
出力することができる。又このようなハード的電子回路
でなく、ＭＰＵとメモリー等を用いたデイジタル電子回
路を用い、ソフト的に回転信号８，上下信号９，」二昇
直後信号１１，回転完信号１２を作戒することも可能で
あり、さらにＤ／Ｉとメモリによりラッチ回路１９もソ
フト的に作或可能である。

〔発明の効果〕

本発明は以下に記載されるような効果がある。

（１）分注ノズルが液体に接している時とそうでない時
の分注ノズル間の電気抵抗測定により、値の変化によっ
て、分注ノズルが液面まで下降したかどうかの判別がで
きる。また、分注速度や処理速度を向上するために同時
に複数本の分注ノズルを同一の液体に突入吸引するもの
において、分注ノズル間で電気抵抗測定を行なうために
、他の余分な機構がないため、機構が簡単になり、それ
によりコスト低下及び移動時の振動低減ができ、さらに
は分注液体の飛散防止、移動速度向上による処理速度向
上ができる。

（２）また金属の分注ノズル間の電気抵抗測定において
直流を用いると、一方向にのみ電流つまり液体中でのイ
オン電導がおこるため、プラス側電位の分注ノズルの金
属イオンが溶け出す電蝕により、分注精度が劣化するが
、交番電圧を使用することレこより、イオン電導が両方
向レこ行われ、分注ノズルからの金属イオンの溶け出し
がなくなり、分注ノズルの電蝕が防止できる。

（３）また、一方の分注ノズルの電位を固定し、他方の
分注ノズルに正負に交番する矩形波電圧を用いると正負
の両電源を必要とするが、両方の分注ノズルの電位を交
互にゼロおよび正を繰り返す矩形波電圧を用いることに
より、電源を２つから↓つに低減させることができる。

（４）また上記の液面検知の出力を、分注ノズルが液体
吸引後上昇時、ある上昇量上昇した時点を保持すること
により、分注ノズルによる液体吸引が最後まで液体であ
ったか、終りには液面の低下により空気の吸引があった
かを判別でき、それにより分注が正確に行なえたかどう
かのアラームを表示することができる。

【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図は従来
技術のブロック図、第３図は従来技術を用いた時の分注
機構図、第４図は第王図の実施例の液面検知していない
時の電圧変化図、第５図は液面検知している時の電圧変
化図、第６図および第７図は第５図のように変化する時
の分注ノズル−１９ ２０− 部の等価回路、第８図は第１図の発振回路ｌ３の一例の
ブロック図、第９図は分注される液体が少ない時の図、
第１０図はその吸引後の図、第１１図は第１図の制御駆
動回路１０の一例を示すブロック図である。 工・・・分注ノズル、４・・・上下用モータ、５・・回
転用モータ、６・・・試験管、７・・液体、ＩＱ・・制
御駆動回路、１３・・発振回路、ｌ４・・・インバータ
、工５・・・高抵抗、１６・・コンパレータ、ｌ７・・
・基準電圧、ｌ８・・・ラッチ回路、ｌ９・・・ラッチ
回路、２０・・・絶縁材、２１・・・液面検電極、２２
・反応容器、２３・・・電極用アーム、２４・・・液体
電気抵抗、２５・・・パ参

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体を吸引して吐出する分注ノズルと、そのノズル
   を上下させる機構及びその機構を制御駆動する回路と、
   吸引される液体の入つた容器の位置から吐出される容器
   の位置に移動する機構と、吸引される液体の液面を上記
   分注ノズル下降時に検出し、適当な深さまで上記分注ノ
   ズルを液体内に突入させて停止させるために上下機構制
   御回路に対し液面に達したことを示す信号を送るための
   液面検知回路を有する分注機構において、分注ノズルに
   金属を用い、かつ同一液体を同時に吸引するため複数の
   分注ノズルを設け、その複数の金属分注ノズル間の電気
   抵抗変化により、複数の分注ノズルが液体に達したかど
   うかを判別することを特徴とする液面検知機構。 ２、請求項第１項記載の液面検知機構において、上記複
   数の分注ノズル間の電気抵抗変化を、交番電圧を分注ノ
   ズル間に加えて測定することにより金属の電蝕を防止す
   ることを特徴とする液面検知機構。 ３、請求項第２項記載の液面検知機構において、上記交
   番電圧を単一電源で作成するために、２組の分注ノズル
   に交互に単一電源電圧を加え、電圧を加えていない時に
   はゼロボルトとなるような矩形波電圧を用いることを特
   徴とする液面検知機構。 ４、請求項第１項ないし第３項のいずれかに記載の液面
   検知機構において、分注ノズルの上昇量を測定又はある
   上昇量まで上昇した時点を判別する機構と、その時点に
   おける分注ノズルが液体に接しているかどうかを判別す
   る液面検知回路の出力を保持する回路と、その分注にお
   いて、空気の吸入により分注精度が落ちているかどうか
   のアラームを表示する機構を設けたことを特徴とする液
   面検知機構。