JPH08122126A

JPH08122126A - 液面検知装置

Info

Publication number: JPH08122126A
Application number: JP6255744A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Shimizu; 慶昭清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】分注動作に伴うプローブ挿入時における液体収
容容器の保持機構や収容容器自体等の周囲環境に起因し
た静電容量変化と、プローブと液体試料との間の静電容
量変化とを識別し、そのプローブと液体試料との間の静
電容量変化に基づいて正確に液体試料の液面を検知す
る。【構成】サンプラ５により保持された液体収容容器４内
から液体を採取するプローブ２と、このプローブ２を保
持するアーム１とを備え、プローブ２を液体収容容器４
内へ挿入させていくときのプローブ２と液体との間の静
電容量変化を検知し、この検知結果に基づいて液体の液
面を検知するようにした液面検知装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動化学分析装置等に
おいて液体試料等の液面を検知する液面検知装置に係
り、特に、液体採取用プローブが液面に接触した時の静
電容量変化から液面を検知するようにした液面検知装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】臨床用自動化学分析装置に適用される液
面検知装置においては、測定データ精度の一層の向上要
求に伴い、液体採取（分注）用プローブに液面検知機能
を付加させた構成が一般的になってきている。

【０００３】このプローブの液面検知機能として、最近
では、静電容量を利用して当該プローブ自体を液面検知
用電極として用いるものが知られている。

【０００４】この静電容量方式は、プローブと容器に収
容された液体試料との間の微小な静電容量変化を計測
し、プローブがその試料液面へ接触したときにその静電
容量変化が大きくなることを利用して試料液面を検知す
るものである。

【０００５】このような静電容量方式においては、液体
試料の静電容量変化を電気信号変化に変換する必要があ
る。その変換方式の最近の例としては、特開Ｐ６２−２
１８８１８号公報や特開Ｐ６３−２５９４２０号公報に
開示されたブリッジ回路方式が知られている。このブリ
ッジ回路方式は、プローブと液体試料との間の微小な静
電容量をその構成要素の一部としたブリッジ回路を備
え、前記静電容量変化をブリッジ回路の出力信号変化に
変換するものである。又、他の例としては、特開Ｐ０２
−５９６１９号公報に開示された微分回路方式等が知ら
れている。この微分回路方式は、プローブと液体試料と
の間の微小な静電容量に基づいて基準信号を微分する微
分回路を備え、前記静電容量変化を微分回路の出力信号
変化に変換するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した静電容量方式
では、プローブと液体試料との間の微小な静電容量を正
確に計測する必要がある。一方、プローブに接続された
ケーブルが有する浮遊容量は、装置筐体をはじめとする
周囲環境から大きな影響を受けることになる。

【０００７】つまり、ケーブルが有する浮遊容量の値が
周囲環境に起因して液面検知動作中に変動すれば、静電
容量変化に基づく検知出力が変動し、液面検知機能の誤
動作を引き起こし兼ねない。

【０００８】更に、ケーブルが有する浮遊容量の値自体
が装置毎に異なると検知感度が異なってくるため、その
ケーブルの引き回しや固定方法に細心の注意が要求され
る。

【０００９】この浮遊容量の影響を軽減するため、前記
特開Ｐ６３−２５９４２０号公報に開示されたブリッジ
回路方式では、ブリッジ回路の対向する接点に接続され
た一対のリード線を備え、このリード線の内一方をプロ
ーブに接続されるケーブルとし他方を開放状態としたこ
とにより、リード線の浮遊容量を相殺するようにしてい
る。

【００１０】しかしながら、この場合でも、リード線の
引き回しの状態で浮遊容量の値が変化してしまうため、
検知感度に影響を与え十分な対策とはいえなかった。

【００１１】一方、前述の特開Ｐ０２−５９６１９号公
報に開示された微分回路方式では、原理上前述のブリッ
ジ回路方式のようなケーブルの浮遊容量を相殺するよう
な構成をとることが難しく、有効な対策を講じることが
できなかった。

【００１２】また、プローブの分注動作時には、プロー
ブが試料液面を検知するまで下降するが、この時、液体
収容容器の保持機構や収容容器自体の液体による濡れの
状態等がプローブの下降時にそのプローブに、上述した
プローブと液体試料との間の静電容量変化とは異なる静
電容量変化を与えていた。この液体収容容器の保持機構
や収容容器自体に起因した静電容量変化は、同一のプロ
ーブに生ずるため、プローブと液体試料との間の静電容
量変化と間違いやすく、液面検知機能の誤動作を引き起
こす場合があった。これは特に、真空採血管とか試薬容
器のような深さのある収容容器の場合に顕著である。こ
の問題については、上記何れの方式でも適切な対応を見
出だせないでいた。

【００１３】本発明は上述した問題に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、ケーブルの引き回しによる浮
遊容量変化の影響を受けない液面検知装置を提供するこ
とである。

【００１４】また、本発明の第２の目的は、分注動作に
伴うプローブ下降時における液体収容容器の保持機構や
収容容器自体等の周囲環境に起因した静電容量変化と、
プローブと液体試料との間の静電容量変化とを識別して
検知するプローブを備えた液面検知装置を提供するとと
もに、識別されたプローブと液体試料との間の静電容量
変化に基づいて正確に液体試料の液面を検知するように
した液面検知装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載した液面検知装置では、保持機構により
保持された液体収容容器内から液体を採取するプローブ
と、このプローブを保持するプローブ保持機構とを備
え、前記プローブを前記液体収容容器内へ挿入させてい
くときの当該プローブと前記液体との間の静電容量変化
を検知し、この検知結果に基づいて前記液体の液面を検
知するようにした液面検知装置において、前記プローブ
を、導電性のプローブ本体と、このプローブ本体の外周
に巻着された絶縁体と、この絶縁体に被覆された導電性
のプローブ外筒とにより形成するとともに、前記プロー
ブ本体の先端を前記プローブ外筒先端より突出させてい
る。

【００１６】特に、請求項２に記載した液面検知装置で
は、保持機構により保持された液体収容容器内から液体
を採取するプローブと、このプローブを保持する保持機
構と、前記プローブを前記液体収容容器内へ挿入させて
いくときの当該プローブと前記液体の液面との間の静電
容量変化に基づく検知信号を整流及び閾値処理する信号
処理手段とを備え、この閾値処理の結果に基づいて前記
液体の液面を検知するようにした液面検知装置であっ
て、前記プローブを、導電性のプローブ本体と、このプ
ローブ本体の外周に巻着された絶縁体と、この絶縁体に
被覆された導電性のプローブ外筒とにより形成し、前記
プローブ本体の先端を前記プローブ外筒先端より突出さ
せる一方、前記プローブ本体及び前記プローブ外筒に個
別に接続された２つの第１及び第２の出力端子を有し、
且つ前記プローブ本体及び前記プローブ外筒が検知する
静電容量の変化を個別に電気信号に変換する変換手段
と、前記第２の出力端子に接続され且つ所定の静電容量
を有するバイアス手段と、前記第１及び第２の出力端子
に接続され、且つ前記変換手段により変換されたそれぞ
れの電気信号の差を演算して前記検知信号を形成する演
算手段とを備えている。

【００１７】また、請求項３に記載した液面検知装置で
は、整流後の前記検知信号を所要の時定数で微分する微
分回路と、この微分回路により微分された信号の出力レ
ベルと予め設定された閾値レベルとを比較する比較回路
とを備えている。

【００１８】さらにまた、請求項４に記載した液面検知
装置では、電磁的にシールドされた一対のケーブルを備
え、この一対のケーブルの内一方は前記プローブ本体と
前記変換手段の第１出力端子との間を接続し、他方は前
記プローブ外筒と前記変換手段の第２の出力端子との間
を接続している。

【００１９】一方、上記目的を達成するため請求項５に
記載した液面検知装置では、液体収容容器内から液体を
採取するプローブと、前記プローブを前記液体収容容器
内へ挿入させていくときの当該プローブと前記液体との
間の静電容量変化を構成要素の一部とし、前記静電容量
変化に応じた電気信号を出力するブリッジ回路とを備
え、前記ブリッジ回路から出力された電気信号に基づい
て前記液体の液面を検知するようにした液面検知装置に
おいて、電磁的にシールドされた一対のケーブルを備
え、この一対のケーブルの内一方は、前記ブリッジ回路
の対向する２つの出力端子の一方と前記プローブとを接
続し、他方のケーブルは、その一端が前記ブリッジ回路
の対向する２つの出力端子の他方に接続される一方、そ
の他端は開放状態に保持されている。

【００２０】

【作用】請求項１に記載した発明によれば、導電性のプ
ローブ本体の外周に絶縁体を介して導電性のプローブ外
筒が被覆されて液体採取用のプローブが形成されてい
る。つまり、プローブ外筒がプローブ本体を覆っている
構成のため、容器を保持した保持機構等の周囲環境に起
因した浮遊容量の影響は、プローブ本体ではなくプロー
ブ外筒に主に働く。

【００２１】一方、プローブ本体の先端がプローブ外筒
先端より突出して形成されているため、そのプローブ本
体の先端が容器内の液体の液面に接触することになる。
つまり、プローブ本体と液体との間の静電容量変化を検
知しておけば、液体の液面とプローブ先端との接触によ
る静電容量の急激な変化に基づいて液面が検知できる。

【００２２】このように、請求項１に記載した発明によ
れば、プローブと液体との間の静電容量変化と周囲環境
に起因した浮遊容量変化とを明確に識別することができ
る。

【００２３】また、請求項２又は３に記載した発明で
は、プローブ本体に接続された第１の出力端子及びプロ
ーブ外筒に接続された第２の出力端子を有した変換手段
により、プローブ本体を介して第１の出力端子側に影響
を及ぼす浮遊容量変化、すなわち、プローブ本体と液体
との間の静電容量変化が電気信号（第１の電気信号）に
変換されるとともに、「プローブ外筒を介して第２の出
力端子側に影響を及ぼす浮遊容量変化、すなわち、周囲
環境に起因した浮遊容量変化＋バイアス手段の所要の容
量値」が電気信号（第２の電気信号）に変換される。

【００２４】第１の電気信号及び第２の電気信号は、演
算手段により差がとられ検知信号となる。この検知信号
は、信号処理手段の例えば整流回路により整流される。

【００２５】ところで、プローブを液体収容容器内へ挿
入する前の初期状態においては、プローブ保持機構等に
起因した浮遊容量がブローブ本体へ影響を及ぼしている
ため、バイアス手段を第２の出力端子に接続しないと、
第１の電気信号の信号値が、第２の電気信号の信号値よ
り極端に大きくなってしまう。つまり、演算手段により
差（例えば、「第１の電気信号」−「第２の電気信
号」）がとられ、整流された後の信号（以下、センサ信
号という）の出力特性は、ある極性側（この場合では、
「第１の信号値＞＞第２の信号値」のため正極性側、以
下、正極性として説明する）に大きく変位したものとな
る（図１中Ｖx ）。

【００２６】このため、本発明では、第２の出力端子側
に、所要の容量値を有する例えばコンデンサ等のバイア
ス手段が設けられている。つまり、このバイアス手段に
より第２の出力端子側の容量が上昇するため、第２の電
気信号の値が上昇する。したがって、当該バイアス手段
の容量値を適宜に設定すれば、センサ信号の出力特性は
Ｖx から減少し、所望の値（バイアス値Ｖb ）だけ正極
性側に変位するように設定することができる（図１参
照）。

【００２７】このような状態で、採取プローブが液体収
容容器へ向けて移動していくと、液体収容容器の保持機
構等の周囲環境が引き起こす静電容量変化は導電体側に
作用するため、第２の出力端子側の静電容量が増加し、
第２の電気信号の信号値が上昇する。したがって、セン
サ信号は、バイアス値Ｖb から負極性側に変位していく
ことになる。

【００２８】一方、このようにして得られたセンサ信号
は、信号処理手段の例えば微分回路に送られ、所要の時
定数により微分される。この微分された後の信号は、比
較回路に送られる。比較回路では、予め設定された閾値
レベルと送られた信号の出力レベルとが比較されてい
る。このとき、閾値レベルを、前記バイアス値に応じた
センサ信号の時間微分値の出力レベルより、正極性側に
若干高いレベルに設定しておくと、微分回路から送られ
てくる信号の出力レベルは、変換手段の出力がバイアス
値から減少していくため、閾値レベルを越えない。

【００２９】プローブが移動が進むに伴って、周囲環境
に起因した浮遊容量の影響はゆるやかに増大していく。
そして、プローブが液体収容容器内に挿入したとき、そ
の周囲環境に起因した浮遊容量は急激に増大する。

【００３０】このとき、その浮遊容量の影響による、例
えば整流回路及び微分回路を介して出力された信号のレ
ベルはスパイク状に変化するが、その極性は負極性のた
め、閾値を越えることはない。

【００３１】そして、プローブの移動がさらに進み、当
該プローブ本体の先端が液面に接触すると、その接触と
同時に今度は逆にプローブ本体側（出力端子１側）の静
電容量が急激に増加し、第１の電気信号の信号値が急激
に上昇する。したがって、その静電容量の影響による、
例えば整流回路及び微分回路を介して出力される信号の
レベルは、負極性側から反対の正極性側へ急激なスパイ
ク状に変化するため、今度は閾値を越えることになる。

【００３２】比較回路を、この閾値を越えたときのみ所
定の信号を出力するように設定しておき、この信号に基
づいて例えばＬＥＤ等が点灯するように設定しておけ
ば、そのＬＥＤの点灯によりプローブが液面に到達した
ことが分かり、液面が検知できる。

【００３３】さらに、請求項４に記載した発明によれ
ば、電磁的にシールドされた一対のケーブルが備えら
れ、この一対のケーブルの内の一方によりプローブ本体
と変換手段の第１出力端子との間が接続され、他方によ
りプローブ外筒と変換手段の第２の出力端子との間が接
続されているため、変換手段からプローブまでの浮遊容
量の影響は、シールドされた一対のケーブルの固有の線
間容量だけとなり、その静電容量の値はケーブル長で決
められる。したがって、ケーブルの装着筐体上での引き
回しや取り付け方による周囲環境からの浮遊容量の影響
は無視される。

【００３４】一方、請求項５に記載した発明によれば、
プローブと液体との間の静電容量変化を構成要素の一部
とし、その静電容量変化に応じた信号を出力するブリッ
ジ回路とプローブとの接続が電磁的にシールドされた一
対のケーブルで行なわれている。このとき、そのブリッ
ジ回路の対向する２つの出力端子の一方とプローブとが
一対のケーブルの内の一方により接続され、他方のケー
ブルは、その一端が前記平衡回路の対向する２つの出力
端子の他方に接続される一方、その他端は開放状態に保
持されている。このため、ブリッジ回路からプローブま
での浮遊容量の影響は、シールドされた一対のケーブル
の固有の線間容量だけとなり、その静電容量の値はケー
ブル長で決められる。したがって、ケーブルの装着筐体
上での引き回しや取り付け方による周囲環境からの浮遊
容量の影響は無視される。

【００３５】

【実施例】以下、本発明に係る液面検知装置を備えた自
動化学分析装置の一実施例を図２〜図１０を参照して説
明する。

【００３６】図２は、本発明の液面検知装置を備えた自
動化学分析装置（以下、単に分析装置という）の一実施
例であり、煩雑さを避けるために図は主にサンプリング
動作に係る分析装置構成部分を中心に示している。すな
わち、この分析装置は、昇降及び回動可能なアーム１
と、このアーム１の先端に垂下されたサンプリングプロ
ーブ２と、このサンプリングプローブ２に接続された液
面検知装置本体３とを備えている。なお、このアーム
１、サンプリングプローブ２、及び液面検知装置本体３
とで液面検知装置を構成している。

【００３７】また、分析装置は、試料を充填させた複数
のサンプル容器４と、このサンプル容器４を装置上から
見たとき円状に並べた状態で保持する円盤状のサンプラ
５とを備えている。

【００３８】さらに、分析装置は、酵素反応等の生化学
反応をその中で行なう反応セル６と、この反応セル６を
装置上から見たとき円状に並べた状態で保持する円盤状
の反応ディスク７とを備えている。

【００３９】サンプリングプローブ２は、図３に示すよ
うに、細径の中空円筒状のサンプリングプローブ本体２
ａを金属性のプローブ外筒２ｂで被覆した構造になって
いる。以下、このサンプリングプローブ２の構造につい
て説明する。すなわち、試料吸入側先端部が針状に形成
された断面十字型のサンプリングプローブ本体２ａの本
体部（先端の針状部を除いた部分）に、絶縁体である例
えば熱伸縮性チューブ２ｃを装着し、この熱伸縮性チュ
ーブ２ｃの上から金属性のプローブ外筒２ｂを被覆して
サンプリングプローブ２を形成している。つまり、プロ
ーブ本体２ａとプローブ外筒２ｂとは熱伸縮性チューブ
２ｃを介して絶縁されている。

【００４０】このサンプリングプローブ２は、当該アー
ム１の先端に形成された絶縁体１ａ部分を貫通した状態
で、図３に示すようにその絶縁体１ａ部分に固設されて
いる。また、プローブ本体２ａ及びプローブ外筒２ｂに
は、例えば網目構造の金属体（シールド部）Ｓに覆われ
る等して電磁的にシールドされたペア線（一対のケーブ
ル）（８ａ、８ｂ）がそれぞれ接続されている。

【００４１】そして、サンプリングプローブ２は、図示
しないアーム駆動部に基づくアーム１の回動に応じて、
サンプラ５と反応ディスク７との間で所定径の円弧軌道
を描くように回転可能になっている。また、同じくアー
ム駆動部に基づくアーム１の昇降に応じて、その円弧軌
道内において昇降（上下動）可能になっている。

【００４２】また、サンプラ５は図示しないサンプラ駆
動部により回転可能になっているため、所定のサンプル
容器４ａをサンプラ５の回転角度の制御によって試料吸
入位置Ａに置くことが可能になっている。

【００４３】さらに、反応ディスク７は、図示しない反
応ディスク駆動部により回転可能になっているため、所
定の反応管６ａを反応ディスク７の回転角度の制御によ
って試料吐出位置Ｂに置くことが可能になっている。

【００４４】ここで、分析装置全体の動作について説明
する。サンプラ５が駆動され、サンプル吸引位置Ａに所
定の試料が収容されているサンプル容器４ａが設定され
ると、ホームポジション（最上限位置）に位置したサン
プリングプローブ２は、試料吸入位置Ａ上方まで回転
し、続いて試料液面を検知するまで下降する。試料液面
を検知するとプローブ２は下降を停止し、測定項目に応
じて予め定められた試料液量を図示しないシリンジによ
り吸引する。試料の吸引が終了すると、プローブ２は所
定位置まで上昇し、試料吐出位置Ｂ上方まで回転する。
試料吐出位置Ｂでプローブ２は所定距離下降した後、吸
引した所定量の試料をシリンジにより反応管６ａ内へ吐
出する。吐出が終了すると、プローブ２は再度上昇し、
次の試料吸引に備える。サンプリングプローブ２は、サ
イクル毎に以上の動作を繰り返すようになっている。

【００４５】一方、液面検知装置本体３は、図４に示す
ように、角周波数ωの正弦波信号を発振するオシレータ
（発振器）９を備えている。このオシレータ９の出力側
には、ブリッジ回路１０、計装アンプ１１、整流回路１
２、低域濾波器１３、比較回路１４、フリップフロップ
（Ｆ／Ｆ）回路１５、及びシステム制御部１６が順次接
続されている。

【００４６】ブリッジ回路１０は、サンプリングプロー
ブ２と試料液面との間の浮遊容量をその構成要素の一部
としている。すなわち、ブリッジ回路１０のグラウンド
を挟む両端子Ｐ１、Ｐ２の内、端子Ｐ１には前記サンプ
リングプローブ本体２ａに接続されたケーブル８ａが接
続され、また、端子Ｐ２には前記プローブ外筒２ｂに接
続されたケーブル８ｂが接続されている。さらに、その
端子８ａは計装アンプ１１の逆相端子と接続され、端子
８ｂは計装アンプ１１の正相端子と接続されている。

【００４７】さらにまた、端子Ｐ１（プローブ側ともい
う）には、端子Ｐ２側（プローブ外筒側ともいう）の電
位を端子Ｐ１側の電位に比べて所要量高く設定するため
の補償用容量１７が接続されている。

【００４８】ブリッジ回路１０の両端子Ｐ１、Ｐ２間の
電位差（出力電圧；ｅ2 −ｅ1 ）は、計装アンプ１１に
より差動増幅された後、全波整流器１２及び低周波濾波
器１３を介して平均値（以下、センサ信号という）とし
て取り出されるようになっている。

【００４９】ここで、ブリッジ回路１０の等価回路を図
５に示す。図中Ｒはブリッジ抵抗、Ｃ0 はシールドされ
たペア線（８ａ、８ｂ）に起因した静電容量、Ｃ2 はプ
ローブ本体２ａとプローブ保持機構との間に起因した静
電容量、Ｃx はプローブ本体２ａと試料液面との間の浮
遊容量、Ｃy はプローブ２下降時に主に生ずるサンプラ
等の周囲環境に起因した浮遊容量、そして、Ｃ1 は前記
補償用容量の値である。また、オシレータ９から印加さ
れる正弦波印加電圧をｅi 、ブリッジ回路１０の両端子
Ｐ１、Ｐ２のそれぞれの電圧をｅ1 、ｅ2 とする。

【００５０】すなわち、サンプリングプローブ２を図３
に示す構成にしたため、サンプラ等の周囲環境に起因し
た浮遊容量は、主としてプローブ外筒２ｂに働くことに
なる。したがって等価回路上においては、この周囲環境
に起因した浮遊容量Ｃy は、ブリッジ回路１０の端子Ｐ
２側（計装アンプ１１の正相端子側）に接続されている
と見なすことができる。

【００５１】また、図５の等価回路から明らかなよう
に、ブリッジ回路１０とサンプリングプローブ２とを接
続する一対のケーブル（８ａ、８ｂ）の固有容量はその
構成上同じ値Ｃ0 となり、ブリッジ回路１０のグラウン
ドを挟む両端子Ｐ１、Ｐ２にそれぞれ接続されていると
みなすことができる。さらに、この１対のケーブル（８
ａ、８ｂ）は、電磁的にシールドされているため、ブリ
ッジ回路１０からサンプリングプローブ２までの浮遊容
量の影響は、シールドされた１対のケーブル（８ａ、８
ｂ）の固有の線間容量だけとなり、その静電容量の値は
ケーブル長で定まる。したがって、ケーブルの装置筐体
上での引き回しや取り付け方による周囲環境からの浮遊
容量の影響は無視されることになる。

【００５２】ここで、ブリッジ回路１０での静電容量変
化とセンサ信号出力との関係を図６に示す。なお、横軸
は、ブリッジ端子Ｐ１側及びＰ２側の静電容量変化を示
し、縦軸は、その容量変化に対応するセンサ出力を示
す。

【００５３】図６によれば、ブリッジ端子Ｐ１及びＰ２
が平衡状態（端子Ｐ１側及びＰ２側の静電容量変化が均
等）にあるときは、センサ信号出力が「０」になる。そ
して、端子Ｐ１側及びＰ２側の静電容量がそれぞれ増加
すると、センサ出力は、ブリッジ回路１０の信号電圧が
全波整流されているので、平衡状態の「０」を中心に増
加する左右対称な出力変化になる。なお、図６の横軸
は、平衡状態より向かって右側が端子Ｐ１側（プローブ
側）の容量変化、向かって左側が端子Ｐ２側（プローブ
外筒側）の容量変化として表示されている。

【００５４】一方、補償用容量１７の値Ｃ1 は、サンプ
リングプローブ２が最上限位置（ホームポジション）に
位置したときに、ブリッジ回路１０の初期状態を図５に
示す端子Ｐ２側（プローブ側）へ、そのＣ1 に基づく所
定量変位させる働きをするようになっている。つまり、
本構成では、もし補償用容量Ｃ1 を端子Ｐ１側へ接続し
ておかないと、プローブ本体２ａとアーム１等のプロー
ブ保持部との間に起因した静電容量Ｃ2 （このＣ2 は数
ｐＦ程度であり、Ｃx に比べてはるかに大きい）の影響
により、「ブリッジ回路１０の端子Ｐ１側の電位ｅ1 ＜
＜端子Ｐ２側の電位ｅ2 」となる。この結果、センサ信
号の出力（「Ｐ２側の電位ｅ2 −Ｐ１側の電位ｅ1 」を
整流した信号）は、正極性側へ極端にシフトした状態に
なってしまう。したがって、静電容量Ｃ2 の値より少し
小さな所要の容量値を有する補償用容量Ｃ1 を端子Ｐ２
側へ接続することにより、Ｐ１側の電位を上昇させて静
電容量Ｃ2 の影響を補償している。この結果、図６に示
すように、センサ信号の出力値は、（Ｃ2 −Ｃ1 ）に基
づく所要量「Ｖb 」だけ正極性側に変位する。

【００５５】そして、センサ信号は、システム制御部１
６及び比較回路１４に送られる。システム制御部１６は
コンピュータ、メモリ、モニタ等を備え、送られたセン
サ信号に対し所定の処理が施された後、例えばモニタに
信号波形として表示されるようになっている。

【００５６】一方、比較回路１４は、送られたセンサ信
号を予め設定された閾値レベルと比較する機能を備えて
いる。ここで、本実施例における比較回路１４の構成を
図７に示す。この比較回路１４はコンパレータ１８を備
え、このコンパレータ１８の逆相端子には、コンデンサ
Ｃ、抵抗Ｒ1 を有し入力されるセンサ信号ＶS を時定数
ＣＲ1 に応じて微分する微分回路１９が接続されてい
る。また、正相端子には、例えば５ボルトの電圧を抵抗
Ｒ2 、Ｒ3 により分圧する分圧回路２０が接続されてい
る。

【００５７】すなわち、この比較回路１４によれば、時
定数ＣＲ1 に応じたセンサ信号ＶSの時間微分値（出力
電圧Ｖ1 ）が、抵抗Ｒ2 、Ｒ3 を適宜に設定することに
より得られる分圧値（閾値）「Ｖ2 ＝５×Ｒ3 ／（Ｒ2
＋Ｒ3 ）」を越えたかどうかをコンパレータ１８で判断
している。

【００５８】このコンパレータ１８の判断の結果、「出
力電圧Ｖ1 ＞閾値Ｖ2 」の場合にのみ、Ｆ／Ｆ回路１５
はオンになる。このとき、コンパレータ１８から出力さ
れたＴＴＬ信号はＦ／Ｆ回路１５を介してシステム制御
部１６に送られる。システム制御部１６は、コンパレー
タ１８からＴＴＬ信号が送られると、例えばＬＥＤを点
灯させる等の試料液面を検知した旨を表す処理を行な
う。この結果、前述したシリンジ等による試料吸引動作
が行なわれることになる。

【００５９】そして、システム制御部１６は、処理終了
後リセット信号Ｖr をＦ／Ｆ回路１５に送って同Ｆ／Ｆ
回路１５をオフとし、次の動作に備えるようになってい
る。

【００６０】次に、液面検知処理に関する動作を中心と
した全体動作ついて説明する。

【００６１】図８にサンプル吸引時の分析装置の関連ユ
ニット部分を示す。今、サンプラ５の試料吸入位置Ａに
は、少量の検体（試薬）が入れられたサンプル容器４ａ
が設置されている。サンプル吸引動作時において、ホー
ムポジション（最上限位置）Ｈに位置したサンプリング
プローブ２は、試料吸入位置Ａ上方まで回転する。

【００６２】一方、図９に示すように、上述した容量Ｃ
2 及び補償容量Ｃ1 により、ホームポジションにおける
センサ出力は、プローブ側へ所要値シフトされたある値
Ｖb（バイアス値）となっている。

【００６３】そして、サンプリングプローブ２は、試料
を吸引するために下降し始める。この下降に応じて、サ
ンプラ５の端面等の外部環境に起因した浮遊容量がプロ
ーブ２に影響を与えるが、本構成では、その影響はプロ
ーブ外筒２ｂ側へ主として働く（図５におけるＣy ）。
そして、この浮遊容量Ｃy は、サンプラ５等に接近して
いくにつれて増加していく。

【００６４】この浮遊容量Ｃy の発生・増加は、ブリッ
ジ端子Ｐ２側の静電容量の増加となり、Ｐ１側の電位ｅ
1 が上昇するため、正極性側へシフトしていたセンサ出
力信号Ｖは、その静電容量の増加に応じてバイアス値Ｖ
b から減少していく（図９の実線に示す）。また、この
とき、微分回路１９により得られたセンサ出力信号の変
化分であるコンパレータ１８への入力信号Ｖ⁺は、セン
サ出力の変化の割合に応じて負方向に緩かに変化してい
く（図１０実線参照）。

【００６５】続いてプローブ２が下降していき、そのプ
ローブ２先端部分がサンプラ端面に到達すると、サンプ
ラ５の端面等の外部環境に起因した浮遊容量Ｃy が大き
く増加する。この結果、センサ出力信号Ｖは大きく減少
し（図９実線参照）、また、コンパレータ１８への入力
信号Ｖ⁺は、センサ出力信号Ｖの大きな変化に対応して
負方向に大きくスパイク状に変化する（図１０実線参
照）。

【００６６】この後、プローブ２が下降していき、セン
サ出力信号Ｖは浮遊容量Ｃy の増加により減少してい
く。この結果、コンパレータ１８への入力信号Ｖ⁺も緩
かに減少していく。

【００６７】そして、プローブ２の下降によりその先端
が液面に接触すると、浮遊容量Ｃxが急激に増大し、セ
ンサ出力信号Ｖは急激に増大する（図９実線参照）。こ
のとき、コンパレータ１８への入力信号Ｖ⁺は、センサ
出力信号Ｖの急激な増大に対応して、正方向に急激なス
パイク状変化を示す（図１０実線参照）。

【００６８】すなわち、閾値を所要の正の値に設定して
おき、上述したコンパレータ１８への入力信号Ｖ⁺が、
正方向に向けて急激なスパイク状に変化したときに当該
閾値を越えるように構成しておけば、プローブ２先端が
液面に接触したときに、コンパレータ１８の判断に応じ
てＦ／Ｆ回路１５がオンになる。この結果、コンパレー
タ１７から出力されたＴＴＬ信号がシステム制御部１６
に送られ、試料液面の検知処理が行なわれる。

【００６９】一方、従来のプローブ構成による液面検知
動作では、図９及び図１０に破線で示すように、サンプ
ラ端面等の外部環境に起因した静電容量変化は、プロー
ブ本体２側に影響してしまい、センサ出力信号及びコン
パレータ１７の入力信号は、共に正方向への変化とな
る。したがって、図１０に示すように、本実施例と同様
の閾値の設定条件では、プローブ２先端がサンプラ端面
に到達した時点で比較回路１４の出力が閾値を越えてし
まい、装置は液面検知の誤動作を引き起こしてしまう。
また、この誤動作を避けるために、閾値を高く設定する
と、検知感度の低下を招いてしまう。

【００７０】しかし、本構成の液面検知装置によれば、
検知感度の低下を招くことなしに周囲環境による静電容
量変化と液面検知に伴う静電容量変化を明確に識別する
ことができ、その周囲環境による静電容量変化による誤
動作を回避することができる。

【００７１】なお、図１１に示すように、特開平Ｐ６３
−２５９４２０号公報に開示されたような、プローブを
通常の構成としたブリッジ回路方式において、ブリッジ
回路１０とプローブ２Ａとの接続線をシールドされたペ
ア線（一対のケーブル８Ａ、８Ｂ）とすることもでき
る。すなわち、ブリッジ回路１０の対向する接点（Ｐ
１、Ｐ２）にシールドされたペア線を用い、そのペア線
の内一方８Ａをプローブ２Ａに接続されるケーブルと
し、他方８Ｂを開放状態としている。

【００７２】この結果、ブリッジ回路１０からプローブ
２Ａまでの浮遊容量の影響は、シールドされた１対のケ
ーブル（８Ａ、８Ｂ）の固有の線間容量だけとなり、そ
の静電容量の値はケーブル長で定まる。したがって、ケ
ーブルの装置筐体上での引き回しや取り付け方による周
囲環境からの浮遊容量の影響は無視されることになる。

【００７３】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の液面
検知装置によれば、液体採取プローブを液体収容容器へ
挿入させていく際に、液体収容容器の保持機構等の周囲
環境に起因した浮遊容量の影響は主としてプローブ外筒
に働くため、その浮遊容量がプローブ本体に与える影響
は非常に小さくなる。したがって、プローブ本体に起因
した静電容量を、周囲環境に起因した浮遊容量と明確に
識別しながら正確に検知することができる。

【００７４】また、請求項２又は３に記載した液面検知
装置によれば、プローブ本体及びプローブ外筒が検知す
る静電容量の変化に基づくそれぞれの電気信号の差をと
るとともに、その差信号に基づく整流後の信号が予めあ
る極性のバイアス値を有するようにしたため、プローブ
本体と液体試料との間の静電容量の増加による信号変化
と周囲環境に起因した浮遊容量の影響による信号変化と
が逆極性となる。

【００７５】したがって、その極性の違いを利用した閾
値処理により、周囲環境に起因した浮遊容量の増加によ
る信号と、プローブ本体と液面との接触による静電容量
の増加に伴う信号とを明確に識別することができる。こ
の結果、液体収容容器の保持機構等の周囲環境に起因し
た浮遊容量に基づく誤動作を避け、正確に液面を検知す
ることができる。

【００７６】さらに、請求項４又は５に記載した液面検
知装置によれば、変換手段（請求項４）あるいはブリッ
ジ回路（請求項５）からプローブまでの浮遊容量の影響
は、シールドされた一対のケーブルの固有の線間容量だ
けとなり、その静電容量の値はケーブル長で決められ
る。したがって、ケーブルの装着筐体上での引き回しや
取り付け方による周囲環境からの浮遊容量の影響は無視
することができ、より正確に液面を検知することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】静電容量変化とセンサ出力との関係を示すグラ
フ。

【図２】請求項１乃至請求項５記載の発明の実施例に係
る自動化学分析装置の概略構成を示すブロック図。

【図３】プローブの構造を示す断面図。

【図４】図２に示した自動化学分析装置における液面検
知装置の概略構成を示すブロック図。

【図５】ブリッジ回路の等価回路を示す図。

【図６】ブリッジ回路での静電容量変化とセンサ信号出
力との関係を示すグラフ。

【図７】比較回路の構成を示す図。

【図８】サンプル吸引時の分析装置の関連ユニット部分
を示す図。

【図９】プローブ先端の位置（高さ）に応じたセンサ出
力特性を示すグラフ。

【図１０】プローブ先端の位置（高さ）に応じた比較回
路の出力特性を示すグラフ。

【図１１】請求項５記載の発明に係る液面検知装置の概
略構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１アーム１ａ絶縁体２プローブ２ａプローブ本体２ｂプローブ外筒２ｃ熱伸縮性チューブ２Ａプローブ３液面検知装置本体４サンプル容器５サンプラ６反応セル７反応ディスク（８ａ、８ｂ）ペア線（８Ａ、８Ｂ）ペア線９オシレータ１０ブリッジ回路１１計装アンプ１２整流回路１３低域濾波器１４比較回路１５Ｆ／Ｆ回路１６システム制御部１７補償容量１８コンパレータ１９微分回路２０分圧回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】保持機構により保持された液体収容容器
内から液体を採取するプローブと、このプローブを保持
するプローブ保持機構とを備え、前記プローブを前記液
体収容容器内へ挿入させていくときの当該プローブと前
記液体との間の静電容量変化を検知し、この検知結果に
基づいて前記液体の液面を検知するようにした液面検知
装置において、前記プローブを、導電性のプローブ本体
と、このプローブ本体の外周に巻着された絶縁体と、こ
の絶縁体に被覆された導電性のプローブ外筒とにより形
成するとともに、前記プローブ本体の先端を前記プロー
ブ外筒先端より突出させたことを特徴とする液面検知装
置。
【請求項２】保持機構により保持された液体収容容器
内から液体を採取するプローブと、このプローブを保持
するプローブ保持機構と、前記プローブを前記液体収容
容器内へ挿入させていくときの当該プローブと前記液体
の液面との間の静電容量変化に基づく検知信号を整流及
び閾値処理する信号処理手段とを備え、この閾値処理の
結果に基づいて前記液体の液面を検知するようにした液
面検知装置であって、前記プローブを、導電性のプロー
ブ本体と、このプローブ本体の外周に巻着された絶縁体
と、この絶縁体に被覆された導電性のプローブ外筒とに
より形成し、前記プローブ本体の先端を前記プローブ外
筒先端より突出させる一方、前記プローブ本体及び前記
プローブ外筒に個別に接続された２つの第１及び第２の
出力端子を有し、且つ前記プローブ本体及び前記プロー
ブ外筒が検知する静電容量の変化を電気信号に変換する
変換手段と、前記第２の出力端子に接続され、且つ所要
の容量値を有するバイアス手段と、前記第１及び第２の
出力端子に接続され、且つ前記変換手段により変換され
たそれぞれの電気信号の差を演算して前記検知信号を形
成する演算手段とを備えたことを特徴とする液面検知装
置。
【請求項３】前記信号処理手段は、前記検知信号を整
流する整流回路と、この整流回路により整流された整流
信号を所要の時定数で微分する微分回路と、この微分回
路により微分された信号の出力レベルと予め設定された
閾値レベルとを比較する比較回路とを備えた請求項２記
載の液面検知装置。
【請求項４】電磁的にシールドされた一対のケーブル
を備え、この一対のケーブルの内一方は前記プローブ本
体と前記変換手段の第１出力端子との間を接続し、他方
は前記プローブ外筒と前記変換手段の第２の出力端子と
の間を接続した請求項１，２，又は３記載の液面検知装
置。
【請求項５】液体収容容器内から液体を採取するプロ
ーブと、前記プローブを前記液体収容容器内へ挿入させ
ていくときの当該プローブと前記液体との間の静電容量
変化を構成要素の一部とし、前記静電容量変化に応じた
電気信号を出力するブリッジ回路とを備え、前記ブリッ
ジ回路から出力された電気信号に基づいて前記液体の液
面を検知するようにした液面検知装置において、電磁的
にシールドされた一対のケーブルを備え、この一対のケ
ーブルの内一方は、前記ブリッジ回路の対向する２つの
出力端子の一方と前記プローブとを接続し、他方のケー
ブルは、その一端が前記ブリッジ回路の対向する２つの
出力端子の他方に接続される一方、その他端は開放状態
に保持されたことを特徴とする液面検知装置。