JPS62500330A - 水槽の液体温度制御装置 - 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】 水槽の液体温度制御装置 発明の背景 本発明は、一般に、液体用水槽内の温度を水槽全体に亘って一定にするだめの液 体温度制御装置に関するものであシ、さらに特に、水槽内で加熱された物体の液 体中での通過や温度の全体的々状態の突然の変化の原因となるその他のことにも かかわらず水槽全体の液体温度を望ましい一定の値Ｋ　＃ｉ？持するために水槽 の液体の加熱を制御するための方法と装置に関するものである。

加熱された液体サンプルがはいった容器が水槽内を運搬されている線中に水槽内 温度を希望の温度に維持する制御装置の典型的な具体例は１９８４年２月１日出 願の米国特許願第５７５．９２４号明細壱に開示されておシ、また本発明の肋受 入に譲受されている。

上記第５７５　、９２４号出顯の明細書の内容は全体に戸って、本特許中に参照 として増ｐ入れる。

上記第５７５　、９２４号物許出願に開示された一例の様な臨床分析装置におい ては、一連のキュベラ）　（ｃｕ−ｖｅｔｔｅｓ）は、許されたサンプルや試剤 が各キュベツト内で光学分析に先立って混合される際にその反応が分析装置によ る計算を基にしてあらかじめ決められていた温度において行なわれるために、水 槽内の加熱された水の中をベルトの形式をとって通過する０したがってもしキュ ベツト内の反応の活性化温度が３７．０℃の様な仮定温度ではない場合は分析装 置のデータがエラーになシ易いことが理解される。実際に、分析装置のデータは サンプルの温度の変化などで１°Ｃにつき８％の影響をうける。

前記の水槽温度制御装置は基本的にキュベツトベルトが通過する水槽タンクには いっている水を加熱するだめの加熱要素を備えている。水の流れは水槽のタンク 底面を通り抜けている継手からタンクの中に流れ込むが、この継手はタンク底面 に平行に措たｂつにホースに接続している。ホースの下流の方の開口部は水槽タ ンク内の水温センサーの上方へ向かって開いておシ、このセンサーは特定され々 い時定数を有する。

水槽の温度制御は加熱誉索の作動とともに開始され、ホース開ロ入ロ部に隣接し たセンサーによって検出される温度が望唾しい仙になるまで実行される。

しかし上記の温度制御では、水槽の温度を光学分析で行々われるサンプルと試剤 の混合のための理想温度である３７℃±０１℃の範囲内に定常的に制御できる保 証はない。まして１空気センサー〃を一連の水中センサーの中に接続した後は空 気センサーの較正は困難で、また装置全体が許容された温度範囲内で水槽の温度 を維持することはできない。さらに、水槽の中で分析装置の部品が保守中に除去 されたシ移動されたりしだ後には水槽の温度が望ましい範囲に戻るまでに比較的 長い時間が必要になる。

発明の概要 本発明は従来の水槽温度制御装置の上記の、またその他の短所を克服している。

これは臨床分析装置の水槽温度制御において、許容される温度範囲を越える変化 があったり、光学上の分析のために水槽内を通して液体サンプルと試剤の混合物 を入れたキュベツトを連続的に輸送する相当迎酷な範囲でも制御本発明はまた臨 床分析装置の水槽温度の正確な制御を行かい、この制御はその臨床分析装置にい かなる変化があっても遂行される。本発明はすべての状態の下で正しい温度制御 を行ないまた望ましい制御された温度付近でオーバーシュートや振動を起こすこ となく速い応答を行なう２つの制御ループを使って水槽温度を制御する。

本発明によると、水槽内全体に亘って望ましい一定の液体温度を維持するための タンク内の水槽温度制御方法は、液体入口部からタンクに流れ込む液体を加熱す る加熱要素の供給と、加熱要素から離れた場所での液体温度測定と、タンク内の 液体入口部から離れた場所での液体温度ｄ１１１定と、上記２つの測定工程で測 定された温度によって加熱要素を作動させる工程とから成る。

さらに本発明によると、水槽全体に亘って望ましい一定の液体温度にするための 水槽温度制御装置は、液体入口部から水槽に流れ込む液体を加熱する装置と、タ ンクに流れ込む液体の温度を測定する加熱装置に隣接した第一センサルと、タン ク内の液体入口部から離れた場所で液体温度を測定する第二センサーと、第−及 び第二センサーと接続して第−及び第二センサーが測定した液体温度に従って加 熱装置を作動させる水槽温度制御装置とを有する。

本発明をより一層理解するために、次の詳細な説明と添付の図面を参考とするが 本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記蓼される。

図面の簡単な説明 第１図は自動臨床分析装置の設計略図で、この装置の中で本発明の水槽温度制御 １装置か実施される。

第２図は本発明による入口水温度センサーを有する入口水加熱装置を有する水槽 タンク部を示す、第１図の分析装置内の水槽の横断面図、第３図は第２図の水槽 タンク部の平面図、第４図は第１図乃至第３図の分析装置内のタンク部に水を給 水し排水して循環させる給排水装置の略図、第５図は第２図および第４図に示し た入口水加熱装置の一部である加熱要素の部分拡大断面図、第６Ａ図は第２図に 示した加熱装置の一部である入口温度センサーの拡大側面図、第６Ｂ図は第２図 に示すようなタンク内の水槽入口部から離れた位置の水槽温度を測定する温度セ ンサーの拡大側面図、第７図は、温度センサーが測定した水槽温度によって加熱 要素を作動させる本発明の温度制御装置の実施例を示す電気回路図、第８ａ図と 第８ｂ図は共にプリント基板の上で実現される本発明の温度制御装置の他の実施 例としての電気回路図を第１図は、前記の米国特許ｍ！第５７５　、９２４号に だいたい説明されている自動臨床分析装置１０を示す。

特に分析装置１０はアメリカンホスピタルサグライ社によって製造されパラマク スアナリティヵルシステムとして知られているものに対応している。分析装置１ ０はたとえば崩液の様な生体液の構成要素の試験のために改良されている。

分析装置１０は一連の通過地点を有しており、キュベツト２４中のサンプルの小 片の処分できる反応がそこで起こり先へ進むのである。

キュベラ）２４Ｕ、キュベツトベルト２２の指標穴（図示されていない）の列と かみ合っているトラクタコンベア３０によって、分析装置１０を通って連続的な キュベツトベルト２２の形で供給リール２０から供給され示される。

キュベツト２４は次に示す場所を順番に通って確認されるが、その場所とは、キ ュベツトベルト２２を分割するベルトカッター２８．試剤タブレットがキュベツ ト２４に落下する地点であるＳＲＤに適当な固体試剤を受け取ることによって回 転している試剤タブレット容器（図示されていない）の円形の隊列から成る試剤 タブレット容器回転板４２．試剤タブレットの溶解のために十分な希釈液を加え るためにそして／また液体試剤を地点ＬＤＤでキュベツト２４に調剤するために 回転板４２に近接した希釈液と液体試剤の容器（図示されていない）、超音波混 合ホーン１４．移動回転体６４によって地虚ＳＤで供給される生体サンプルを調 剤するためのサンプル容器８０、地点１５でキュベツト２４内のサンプルと試剤 及び希釈液とを混合するためのエアジェツト混合装置、８つの光学測定値読み取 り装置ＳＡＩ〜ＳＡ８　。

（ＳＡ１は超音波ホーン１４の隣にあシ、適当な試剤容器と溶解とを見分けるた めに川音されている）地点５４の試剤容器、地点１５ｍでサンプルとより多くの 試剤を混合しているエアジェツト混合装置、キュベツト密閉装置１６．そしてキ ュベツト選択装置ｆｔ１Ｂである。

分析装置内のこれらの場所を通過する間、キュベツト２４とその内容物が一定の 温度を保つようにキュベツト２４は分析装置１０のタンク部に納められた水や、 ’ｆｆ１２内を運ばれる。超音波ホーン１４は水槽１２の中に浸されており、運 転中に、水槽の温度に影響を与えないように部分的な加熱のみを行なっている。

地点ＳＡ１〜ＳＡ８の読み取り装置によって明らかにされるデータに基づいた光 学上の分析を行なっている光度計（図示されていない）の温度は、水槽１２から のｆｆｌ’出水によって供給される水ジャケットによって安定しておシ、光度計 が安定した温度に維持されることは適当な運転のために必要である。

第１図に示されている分析装置１０のその他の要素には、許容されるサンプル７ ０が任意に積み込まれるサンプルローディング回転体６２、そして許容されるサ ンプルをテストの後に受け取シ、後で必要であれば使えるように蓄えておくアン ローディング回転体６８がある。ローディング回転体６２、アンローディング回 転体６８、そして前記の移動回転体６４はサンプルローディング及び移動回転装 置６０を構成している。移動回転体６４は許容サンプル受は取υスロット６５を 有し、この中で許容サンプルＴＯは、許容サンプル７０を確認するバーコード読 み取シ装［６６へと円形に配列される。

また第１図には、水槽１２内を通ってキュベツト２４を運搬する主移動ベルト３ ２、テスト済みのキュベツトを水槽１２から取シ出して自動的に処理箱１８へそ れらを捨てるアンローディングベルト３６、そしてキュベツトベルト２２をつき 通して主トラクターベルト３２と連結している短ローディングベルト３４が示さ れている。トランスポート３０は進行する、すなわちキュベツト間にとられる間 隔（ベルト２２のピッチ）に対応するステップにキュベツト２４を配列し、キュ ベツト２４は各進行の間に止まって一定の小休止時間を維持する。各ステップの 長さは５秒で適当な時間間隔に対応し、キュベツト２４の各配列している進行の 間には４秒の小休止時間がある。

第２図と第３図は第１図の分析装置１０のタンク部１００を示しておυ、タンク 部１００は分析装ｆＪｉ１０内において、水槽１２と混合ホーン１４（第２図。

第３図には図示されていない）とを含み、また８つの光学読み取シ装置１’ＳＡ １〜５Ａ８）を過ぎた後キュベツト２２をタンク部１００の突起部周辺で移動さ せるために作られ構成されている。

水槽入口水加熱装置１０２は、入口継手１０５を通ってタンク部１００内を循環 する水槽内の水を加熱するためにタンク部１００の外側に設置されている。加熱 装置１０２はまた、水槽からの流出水をタンク部１００の入口継手１０５へと戻 して循環させるために分析装置１０内に設置された給排水装置の線図（第４図） 内にも図示されている。

加熱装置１０２は基本的に、水槽の水の供給を受ける水入口１０４を有するステ ンレス鋼パイプと加熱された水槽の水を水槽タンク部１００の入口継手１０５へ 送る水出口１０６とから構成した伸びシリンダーの形状をしている。電気加熱伸 び要素１０Ｂは加熱装置１０２の中で軸方向に、水入口１０４近くの装置１０２ の一端から水出口１０６まで、装置１０２の一端まで伸びる。１対のワイヤ線１ １０は水中の堅固な密閉状態の中で加熱装置１０２の水入口端から伸びて、後で 第７図に関連して説明する水槽温度制御回路の出力部に接続している。

細長い入口水温センサー１１２は、加熱装置１０２内を装置１０２の出口端から 軸方向に、また出口１０６で加熱装置１０２から放出している水と温度検出との 関係によって伸びている。入口水温センサー１１２の詳細は第６Ａ図に示されて おシ、水中の堅固の密閉状態の中で加熱装置１０２の水出口端から伸びて、後述 する温度制御回路に接続している。

加熱要素１０Ｂの詳細は第５図に示すが、ワトロー・エレクトリック拳マニュフ ァクチュアリング社（ミズーリ州セントルイス）製で、１フアイア・ロッド（Ｎ ｕ　Ｊ７ＪＸ　１２９Ａ）の商檄で市販されている。このμ素は１２０ボルトあ たり６５０ワツトの電力を消費する。

約７．５インチ（１９，０５センチメートル）のワイヤ線１１０の長さを引いた 加熱要素１０８の全体の長さＬＨは、本発明の水槽温度制御の作動において満足 な結果を得るだめの長さである。全体の長さのうち約５インチ（１２，７０セン チメートル）は内部コイル１１６によつて暖められる。高密度のカリウムガスが １１８の部分を満たしてコイル１１６をと９囲みステンレス鋼製さや１２０の内 径の壁を押しつけている。さや１２０の最大外径は約１２６０ミリメーター（０ ，４９６インチ）である。

ワイヤ線１１０は、テフロン製シール１２４のついたステンレス鋼製パイプ継手 １２２を通して加熱要素１０８の基底部端にはまっている。

ワイヤ線１１００１本は加熱要素さや１２０内で伸びてコイル１１６と接続して いる銅製電極１２６に接続している。ワイヤ線１１０の残シの１本は、その１端 をコイル１１６に接続しているサーモスタット電極１２８の他端に接続している 。このサーミスター）Ｉｍ極は万が−の１空炊き“作動が起きた場合に内部過熱 スイッチとして働く。

加熱装置１０２の入口水温センサー１１２の詳細を第６Ａ図に示す。入口水温セ ンサー１１２はステンレス鋼製の中空針１３０の形をしたサーミスタープローブ の一種である。センサー１１２の検出部に必要な長さＬＳＩは約１０１６センチ メードル（４インチ）、それに伴う外径は０．９１ミリメートル（０，０３６イ ンチ）であることがわかった。検出針の壁厚は約０．１５９ミリメートル（０， ００６２５インチ）である。１対のワイヤ線１１４は、ステンレス鋼製パイプ継 手１３４の中を通って検出針の基底部端から伸びておシ、この継手１３４内で一 対のワイヤ線１１４とエポキシ合成樹脂に覆われた検出針内のサーミスターが接 続している。

滴定できる結果は入口水温センサー１１２の次に示す電気的性質を伴って明らか に々つた。

Ｒｅ　６２５℃　＝１００キロオーム Ｒｏ比０１５０°Ｃ＝９．１ 時定数　＝最大０．２秒（水中） ＠約６０９６センチメードル／秒（２０フィート／秒）本発明が望ましく作動す るためには水槽入口水温センサー１１２が上記の値の様に比較的短い時定数を有 することが重要であることがわかった。第２図に示す様に、加熱装置１０２の出 口１０６は約４５７センチメードル（１８インチ）の長さと約１．２７センチメ ードル（０，５インチ）の直径を有するパイプすなわちホース１３４によって、 分析装置１０のタンク部１００の入口継手１０５に接続している。パイプ１３４ は入口継手１０５から水槽１２に流入する加熱された水の十分な熱的絶縁のため にタイボン（Ｔｙｇｏｎ　）材料で作られている。

入口継手１０５の水相側の上には、第２図と第３図に示す様に、タイボン製の真 直々パイプすなわちホース１３６が入口継手１０５の一端に組み合って、一般に タンク部の底面に平行に水平方向に伸びている。

ホース１３６の長さＡは約１５２センチメートル（６インチ）で、直径は約１． ２７センチメードル（０５インチ）である。また、ホース１３６は第３図に示す 様に、タンク部１００の水平軸から約７．６センチメードル（３インチ）の距離 Ｂだけ離れている。水槽１２の中で開いているホース１３６の端１３８は、第２ 図および第３図に示す様に、タンク部１００を左手側と右手側とに分割している 中心線のあたりにある。

水槽温度センサー１４０は、第２図および第３図に示す様に、水槽１２の中でタ ンク部１００の中でもホース１３６の開口端１３Ｂと入口継手１０５とから離れ たところに設置されている。水槽温度センサー１４０けまた、タンク部１００の 下に出ているセンサー１４０の底から伸びて、後述する温度制御回路に接続して いる一対の被櫃ワイヤ線１４２を有する。水槽温度センサー１４０の望ましい位 置は、タンク部１００の水平軸からは約１．９センチメートル（０７５インチ） の距離Ｃ１タンク部１００の壁と入口給手１０５からは約１４センチメートル（ ５，５インチ）の距離りの場所である。

水槽温度センサー１４０は第６Ｂ図に詳しく示されているが、加熱装［１０２内 の入口水温センサー１１２と同様にサーミスタープローブであ）ステンレス銅製 のチューブ１４４の中にはいっている。チューブ１４４の長さしは約３１８セン チメートル（１２５インチ）で直径は約３．１８ミリメートル（０，１２５イン チ）である。

１対（Ｄ’Ｍａ線１４線上４２ンレス＠製のパイプ継手１４６の中でサーミスタ ー線（図示されていない）に接続しており、その結合部はエポキシ合成樹脂で保 護されている。水槽温度センサー１４０の電気的パラメータは、入口水温センサ ー１１２のそれに等しいが、時定数については、本実施例では水槽温度センサー が水中で約２．０秒（＠２０フィート／秒）であシ、入口水温センサー１１２の 時定数の約１０倍である。

水槽１２からの流出水をタンク部１００の入口継手１０５に戻して循環させる分 析装置１０の給排水装置を第４図に詳しく示す。第４図に示す様に、入口水温セ ンサー１１２と加熱要素１０日とを有する加熱装置１０２はタンク部１００の左 手側の下に！！）置されている。

基本的に、給排水装置は、水槽の水をタンク出口継手１５０から加熱装置１０２ を介して入口継手１０５を通ってタンク部１００へと循環させるための高流量の 循環ループを有する。循環ポンプ１５２は高流量ループの中にたとえば０５〜５ ０ガロン／分の範囲を越えた再循環水を検出するための＃Ｌ量計１５４の隣に設 置されている。本実施例では、高流量ループの流量比は約４ガロン／分が望まし い値である。

第２の、すなわち低流量循環ループもまた、水槽１２の水位がタンク部１００の 底面をつき抜けて伸びている蒸発量調整出口１５６の上まで上がった時に水槽１ ２からの過剰水流を再循環させるために設置されている。出口１５６から流出し た水槽の水は分析装置１０の光度計（図示されていない）を安定した温度に維持 するために光度計を保護している光度計水ジャケット１５Ｂに注ぎ込み、出口１ ５６からの同じ量の流出水の温度が分析装置の温度制御装置によって制御される 。光度計水ジャケットを出た水は次に補給ポンプ１６０によってくみ上げられて り、９計１６２（範囲０１〜１．０　ＧＰＭ　）　、圧力測定器１６４、そして 水槽水フィルター装置１６６を通る。フィルター装置１６６を通過したこされた 水は加熱に置１０２の水入口１０４へ流れ、加熱装置１０２での加熱に先立って タンク出口１５０を出てポンプ１５２で再循環された水槽流出水と混合される。

低流士ループの流１ト比は、ループが補給ポンプ１６０のかなり犬ｌ゛の排水に よって動作しているときにフィルターによって水圧降下が変動したとしても一定 である。加熱装置１０２に水入口１０４からはいってくるこされた水とポンプ１ ５２によって、Ｆ＋循環して加熱装置水入口１０４からはいってくるこされてい ない水とはそれぞれ約１２５％と８７５％の割合で混合される。

貯水装置１７０は、蒸発による水槽の水の減少を補うだめの補充水の供給を維持 するために設置されている。貯水装置の底部水入口１７２には、タンク部１００ の底面を通して伸びている高レベルシステム過剰流量出口１７４から流出した水 槽の水が供給され、まだ水は底部出口１７６を通って貯水装置から流れ出し、流 量制御弁１７８を介し、光度計水ジャケットからの低Ｋｆｌループに流れ込む。

第７図は本発明の、分析装置１０の水槽１２の温度を調整する温度制御装置の電 気ブロック図である。

入口水温センサー１１２は、第７図の上部左手部に示す様に、抵抗２００，２０ ２，２０４．２０６が構成するホイートストンブリッジの１つの腕を構成してい る。直流の平衡電圧がブリッジの入力端子にかかると、ブリッジの出力端子は直 流差動増幅器２０８の正及び負の端子に接続する。増幅器２０８は例えば、ナシ ョナルセミコンダクター社製のＬＰ０１７Ｎタイプなどである。

フィードバック抵抗２１０は、増幅器２０Ｂの出力端子と、入口温度センサー１ １２の′ｌｒ極も接続している増幅器２０Ｂの角の入力端子とを接続している。

第７図の下部左手部に示す様に、水槽温度センサー１４０は抵抗２１２，２１４ ，２１６，２１８から構成されるホイートストンブリッジの一部を構成している 。水槽温度センサーを含んだブリッジはまた、直流平衡電圧がかかると動作し、 また直流差動増幅器２２０の負と正の入力端子に接続する出力端子を有する。増 幅器２２０はアナログデバイス社裳のへ０５１７タイプなどである。

フィードバック抵抗２２２は増幅器２２０の出力端子と水槽温度センサー１４０ の電極にも接続している増幅器の負の入力端子とを接続している。

入力抵抗２２４　、２２６は、それぞれ増幅器２０８　、２２０の正の入力端子 をアースしている。

増幅器２０８の出力が入口水温センサーを含んだブリッジの出力端子での不均衡 の程度に対応し、また増幅器２２０の出力が水槽温度センサーを含んだブリッジ の出力端子での不均衡の程度に対応することは明らかである。本発明の実施例で は、ブリッジ抵抗２０６と２１８は可変抵抗になっていて、入口水温センサー１ １２か水槽温度セン？−１４０が検出した温度が例えば３７００℃の様に望まし い水槽温度に一致すると、入口水温センサー１１２か水槽温度センサー１４０を 含む対応する方のブリッジの協働する出力端子の直流電圧値は０になる。

直ヒｔ、増幅器２０８の出力は直置比較器２２８の負の入力端子に接続する。比 較器２２Ｂは、例えば、ナショナルセミコンダクター社製のＬＦ３４７Ｎタイプ などがある。水槽温度センサー１４０が検出した温度と例えば３７．００℃の様 な望ましい温度との偏差を示している直流増幅器２２０の出力は、抵抗２３０を 介して、操作増幅器２３２と、抵抗２３４及びコンデンサー２３６を有して増幅 器２３２の出力と増幅器２３２の負の入力Ａ子との接続しているフィードバック 回路とから構成される直流積分器とを接続している。増幅器２３２の正の入力端 子は抵抗２３８を介して接地している。

加熱装置１０２の加熱要素１０８をパルスＣ変シーすなわち励振させるだめの三 角波すなわちのこぎり波発揚器は、例えば＋６０ボルト〜−６０ボルトのＪ≦９ 精限界を有する子役［状態ののこぎり波・ヒ出力するために設けられる。発振器 ２４０の三角形の波形は抵抗２４２を介して、操作増幅器２４４（たとえばＬＦ ３４７Ｎタイプ）の負の入力端子に送られる。

また、水槽温度センサー１４０から得られる温度偏差積分信号に対応する増幅器 ２３２の出力は、抵抗２４６を介して、増幅器２４４の正の入力端子へ送られる 。フィードバック抵抗２４８は増幅器２４４の出力端子と負の入力端子とを接続 し、増幅器２４４の出力端子はまた比較器２２８の正の入力端子に接続する。比 較器２２８の出力端子は、比較器２２Ｂの出力が高い時には加熱要素１０８が動 作する様に作動し比較器２２Ｂの出力が低い時には加熱要素１０８の動作を停止 させる加熱装置回路２５０に接続する。

第７図に示されている水槽温度制御回路の詳細を第８ａ図と第８ｂ図に示し、図 中に要素の代表的な数値を示す。特別な要素の数値は制限するつもシであるが、 その他の数値は周知の通）のいくつかの例の値を代用する。

特に、第８ａ図と第８ｂ図の回路はコネクタ部３００（第８瓢図）を有するプリ ント基板上に作られるものとして設計されている。コネクタ部３００の１つの入 力入子はたとえばグ１／・イヒルモデル阻７０５２−０４−０−１２−Ｎｏ様′ を半一・（体１ンーの制御線の１本を１する。

半導体リレーの）もう１つの１セ制御線は＋１５ホ′ルトになる。リレーの出７ “２′パワー）線の１本は加熱要素１０８０線１１０の１本である。半導体リレ ーのもう１つの出力（パワー）線は１１５ボルト６０Ｈｚ出力線のホットサイド に接続し、一方その出力線のコールドサイドは加熱要素１０８のもう１つの線１ １０に接続する。

またコネクタ部３００には大地に対し安定した＋１５ボルトまたは一１５ボルト の電源、入口水温センサー１１２に接続し丸線１１４と水ＷＪ温度センサーに接 続した線１４２とが接続している。

のこぎり波発振器２４０は第８ｂ図の上側左手に示す様にフィードバックループ として接続した１対のカスケード動作増幅器で線３１０へのこぎシ波を発生する 。のこぎυ波発振器２４０を構成する増幅器の両方はたとえばタイプＬＦ　３４ ７　Ｎの様な単一のチップに形成することができる。

発振器２４０は標準的な回路であ如、この種の回路は多くの線形積分回路応用の 本、たとえば「ナショナルセミコンダクター社の線形応用ノ・ンドブツク、（１ ９８０年）」のベージＡＮ３１−６の「機能作成器」の項に出ている。本発明の 回路は線３１０に発生しているピークからピークまでが１２ボルトののこぎシ波 と積分増幅器の出力（電圧設定値）を増幅器２４４で組み合せて、直流設定電圧 に重なった１２ボルトののこぎシ波信号を発生する。この様な信号の組み合せは 加熱装置電流を変化させ加熱要素１０８の１最高〃から気最低〃までは補充水温 度の０６℃の変化に対応する。

加熱装置２５０は、エミッタが接地されていてコレクターがパイロットＬＥＤと ４７０オームの抵抗を介して、コネクタ部３００で半導体リレー制御線に接線し ているスイッチトランジスタ（たとえばタイプ２Ｎ５２３２）から成る。加熱要 素１０８はこのように直接出力線に動かされておシ、加熱要素１０８が出力線周 波数の少々くとも半周期いっばいの問いつも動作状態である限シはのこぎり波発 振器周波数の上限値を決める。

入口水温を大きく低下させる信号は増幅器３２０から出力されて加熱装置２５０ に入力される。増幅器３２０の負の入力端子へは増幅器２０８からの出力信号が 入力されるが、この出力信号は入口センサー１１２によって測定された入口水温 と望ましい制御温度（たとえば３７００℃）との偏差を示している。増幅器３２ ０の正の入力端子には抵抗３２２と３２４から成る分周器が作る基準電圧がかけ られている。従って、入口水温センサーが加熱要素１０８が欠損する（すなわち １空炊き′状態）様な高い温度の場合は、増幅器３２０が加熱装置回路２５０内 のスイッチトランジスタを切るのに十分なレベルの負の出力信号を発信する。

１空炊き“運転の場合に加熱装置１０２を停止するために１過熱〃センサーとし て入口水温センサー１１２を使用することは、前述したように、加熱要素１０日 内に自動温度調節スイッチ１２８を設置することに加えて安全な特像である。

たとえば、分析装置１０内の水槽の温度は、以下の工程に従って±０１℃の範囲 内で加熱され制御される。

水槽給排水装置は最初、タンク部１００への水の流入、流出部が通常流シーであ るように初期合せされる。

そして水槽の温度は、水槽センサー１４０の近くの位置に設置されいかなる金属 部分や分析装置１ｏの光度計と協働する光ファイバーのパイプにも接触しないよ うに保護された基準温度検出プローブによって監視される。そして温度制御回路 が作動し、加熱装置回路２５０上のパイロン）　ＬＥＤは連続的に作動する。

この時水槽の温度は３７±０５℃に安定する。

デジタル電圧計を使用して、第８ａ図の増幅器２２０の出力を監視し可変抵抗２ １８を調整するととくよって、水温が３７００°Ｃ以下の時は１℃の上昇につい て増幅器２２０の出力は６ボルト減少する。

第８ｂ図の増幅器２３２を含む積分増幅器の時定数を小さくするために、積分コ ンデンサー２３６を少なくとも一秒間、瞬間的に短絡させる。

水槽１２は１０分間、安定するために放置され、水入ロブリッジ増幅器２０８の 出力電圧が測定され、記録される。このとき電源は切られ、第８図で可変抵抗２ ０６の抵抗値は測定され、記録される。そして可変抵抗２０６の抵抗値は前に測 定された可変抵抗２０６の値に等しくなるように、２２４オーム以下でリセット されて入口ブリッジ増幅器の出力電圧の記録値が掛は合わされる。こうして、２ ２４オームが一１ボルトごとに、前に入力ブリッジ増幅器２０８の出力として記 録された可変抵抗２０Ｇの値に加えられる。

電源は再び切られて、さらに１０分間安定時間を置き、必要であれば全工程が繰 シ返される。前述の工程が正確に実行されれば水槽１２の温度は最も少ない反復 数で３７．０℃に集中する。

こういうわけで、以上述べた温度制御装置、あるいは方法を使用すると、水槽温 度センサー１４０の位置で水槽の温度を３７０（±０．０２）℃に紺持すること ができる。さらに水槽タンク部１００の外側に設置する加熱装置ストリップの使 用によって生じる３３０ワツトの過渡負荷のために３７００±０．０２℃の温度 幅には変動がなくなった。キュベツトテストと本発明で明らかになった測定デー タから、最悪条件下でも光度計ＳＡｆ〜ＳＡ８のそれぞれの場所で±０．１℃の 変動にとどまることがわかった。

本発明によれば、水槽が外部熱源と流出部とを持っていれば、水槽全体に亘って 制御を行なえることが明らかである。水槽タンクは入ってくる流体で補充される が、入ってくる流体の熱量とタンクの水の熱量の差はちょうどタンクから外部の 熱源そして／′または流しへと移動した熱量に等しい。すなわち、（タンクと補 充しｆｃ流体の温度差ケ））×（質量と流址の比（ｍ／ｌ）　）　Ｘ　（Ｒ体の 仕様上のＭ　址（ｓｐ・）ｉｔ）　）　＝　（外部へ逃げた熱り比（ｄＱ／ａｔ ））である。

補充された流体はすぐに水槽中の流体と混じシ、水槽全体が均一な温度になる。

本発明は望ましい水槽温度からの偏差を測定する方法を供給することによって成 り立っているが、この方法は第二制御回路の設定値を変更させる高ゲイン回路に それらの偏差を供給している。そしてその第二制御装置は設定点（ＩＩｐ）で補 充した流体の温度を維持する。

本発明の装置は実際は、一般に水槽中に分配された３次元加熱装置を繰シ返し使 用してお夛、この加熱装置の各部分は別々に制御されて望ましい温度での小さな 容量を維持している。本発明の装置の高ゲイン装置が、装置へはいる正確な＃Ａ シを与えている。

冷却が必要な時にはプレクーラーが使われて、補充される流体の温度を落として いくらか暖かい温度まで戻すことができる。補充される液体の温度の制御は、加 熱装置の下流ですでに使われている温度センサーのように迅速かつ正確である。

加熱装置と補充流体の温度センサーを通る流体が高速度であれば、またそれらの 装置が近くに設置されていれば輸送の遅れを最小にできる。輸送遅れがいかなる サーボルーズでも限定投索になるために、補充用液体の温度のたいへん厳しい制 ４ｊが会戦になる。

水槽温度の誤差の信号の積分値は第２ループの設定値を制御するために使われる 。この積分値によって大きなゲインを持ったいへん厳しい温度制御が行なわれる ばかりでなく、補充する液体用の温度センサーによって生じるいかなる誤差も除 去できる。パルス幅変調と半導体リレーは加熱装置の交流６０ヘルツ電源の効果 的な制御を供給するだめに使われる。

もし加熱装置の電源が直流かまたはより高周波数の交流だとしても、よシ速い装 置の応答が得られるだろう。

このように、本発明の正確さは水槽温度センサーと、協働しているブリツチ抵抗 に対してのみ依存している。ブリッジ回路に接続した積分増幅器を使うことによ って、すべての肪差を２〜３桁は小さくすることができる。このことはブリッジ に発生する電圧を含めてすべての電圧について言える。

前記の説明と図面は本発明の好ましい実施例を示しているが、当業者にとって、 本発明の精神や請求の範囲から脱することなく、種々の変更骨変化を行うことが 出来る。

ＦＩＧ、　２゜ 持表昭６２−５００３３０　（１０） 宋際調Ｓ報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）タンク内の水槽において、液体が上記のタンクの液体入口部から流れ込み 上記のタンクの液体出口部から流れ出す循環を行なつて、上記の水槽全体に亘つ て望ましい一定の液体温度を十分に維持するためのタンク内水槽温度制御方法で あつて、この制御方法は；上記の液体入口部から上記のタンクに流れ込む上記の 液体を加熱する加熱要素を供給する工程と；上記の加熱要素に隣接した場所で上 記の液体の温度を測定する工程と；上記のタンク内の上記の液体入口部から離れ た場所で液体の温度を測定する工程と；上記の２つの測定工程で明らかになつた 測定温度に従つて加熱要素を動作させる工程；とから成ることを特徴とする制御 方法。 （２）請求の範囲第１項に記載の制御方法であつて、上記の液体入口部より上流 の場所で上記の加熱装置によつて上記の液体を加熱する工程を有することを特徴 とする制御方法。 （３）請求の範囲第１項に記載の制御方法であつて、上記の加熱要素に隣接した 第一加熱センサーを備えており、上記の第一加熱センサーによる第一測定段階に よつて上記の第一加熱センサーに接触した液体の温度に対応する第一温度信号を 得る工程と、上記のタンク内の上記の離れた場所に第二加熱センサーを備えてお り、上記の第二加熱センサーによる第二測定段階によつて上記の第二加熱センサ ーに接触した液体の温度に対応する第二温度信号を得る工程とから成ることを特 徴とした制御方法。 （４）請求の範囲第３項に記載の制御方法であつて、上記の第一温度信号と上記 の第二温度信号とを互いに比較し、上記の比較動作の結果に従つて加熱要素を作 動する工程を有することを特徴とした制御方法。 （５）請求の範囲第１項に記載の制御方法であつて、上記の加熱要素を作動させ る工程のためのパルス幅変調を行なう工程を有することを特徴とする制御方法。 （６）請求の範囲第１項に記載の制御方法であつて、上記の水槽内を通つて物体 が移動し、また上記の物体を望ましい一定の液体温度まで暖める工程を有するこ とを特徴とする制御方法。 （７）請求の範囲第６項に記載の制御方法であつて、一連の容器の各々を任意の 液体で満たし、上記の水槽内を通つて液体を満たした容器を運搬する工程を有す ることを特徴とする制御方法。 （８）タンク内の水槽において、液体が上記のタンクの液体入口部から流れ込み 上記のタンクの液体出口部から流れ出す循環を行ない、上記の水槽全体に亘つて 望ましい一定の液体温度を十分に維持するためのタンク内水槽温度制御装置であ つて、この制御装置は；液体入口部からタンク内に流れ込む液体の加熱装置と； タンクに流入する液体の温度を測定するための、上記の加熱装置に隣接した第一 センサーと；タンク内で上記の液体入口部から離れた場所に設置され上記の場所 の温度を測定する第二センサーと；上記の第一センサーと上記の第二センサーと 上記の加熱装置に接続して、上記の第一センサーと上記の第二センサーによつて 測定された液体温度に従つて上記の加熱装置を動作させる水槽温度制御装置；と から成ることを特徴とする制御装置。 （９）請求の範囲第８項に記載の制御装置であつて、上記の加熱装置が上記の液 体入口部の上流の位置に設置されていることを特徴とする制御装置。 （１０）請求の範囲第８項に記載の制御装置であつて、上記の第一センサーと上 記の第二センサーとでそれぞれ、測定された上記の液体温度に対応した信号が発 生し、また上記の制御装置が、上記の第一センサーと上記の第二センサーで発生 した信号を比較してそれに対応した出力信号を発生する装置を有することを特徴 とする制御装置。 （１１）請求の範囲第１０項に記載の制御装置であつて、上記の加熱装置を作動 させるために上記の出力信号に従つてパルス幅変調を行なうために、上記の比較 装置からの上記の出力信号を上記の加熱装置に接続するための装置を有すること を特徴とする制御装置。 （１２）請求の範囲第１０項に記載の制御装置であつて、上記の第二センサーが 発生した信号を積分してこの信号を上記の比較装置で第一センサーが発生した信 号と比較するための積分装置を有することを特徴とする制御装置。 （１３）上記の水槽全体に亘つて望ましい一定の液体温度を十分に維持するため の水槽温度制御装置であつて、この制御装置は；水槽がはいつたタンク装置と； 上記のタンク装置に結合して上記のタンク装置への水の供給を行なうための液体 入口部と；上記のタンク装置に結合して、上記のタンク装置内の水槽からの液体 が流出する液体出口部と；上記のタンク装置に結合して、上記のタンク装置に流 入する液体に加熱している加熱装置と；上記の加熱装置に隣接して上記の加熱さ れた液体の温度を測定している第一センサーと；上記のタンク装置内の上記の液 体入口部から離れた位置にあつてその位置の液体温度を測定する第二センサーと ；上記の第一センサーと第二センサーと、そして上記の加熱装置に接続して、上 記の第一センサーと第二センサーが測定した上記の液体温度に従つて上記の加熱 装置を作動させる水槽温度制御装置；とから成ることを特徴とする制御装置。 （１４）請求の範囲第１３項に記載の制御装置であつて、上記の液体入口部と上 記の液体出口部とに接続して上記のタンク装置の外側に水槽の液体の循環ループ を作る装置を有することを特徴とする制御装置。 （１５）請求の範囲第１４項に記載の制御装置であつて、上記の加熱装置が上記 の循環ループの中で上記の液体入口部の上流の位置に設置されていることを特徴 とする制御装置。 （１６）請求の範囲第１３項に記載の制御装置であつて、上記の第一センサーと 上記の第二センサーはそれぞれ、上記の測定された液体温度に対応する信号を発 生し、そして上記の制御装置が、上記の第一センサーと上記の第二センサーが発 生した信号どうしを比較してそれに対応する出力信号を発生する装置を有するこ とを特徴とする制御装置。 （１７）請求の範囲第１６項に記載の制御装置であつて、上記の比較装置が発生 する上記の出力信号を上記の加熱装置に接続することにより上記の出力信号によ つて生じるパルス幅変調によつて上記の加熱装置を作動させる装置を有すること を特徴とする制御装置。 （１８）請求の範囲第１６項に記載の制御装置であつて、上記の制御装置が、上 記の第二センサーが発生した信号を積分してこの信号を上記の比較装置で第一セ ンサーが発生した信号と比較するための積分装置を有することを特徴とする制御 装置。 （１９）請求の範囲第１３項に記載の制御装置であつて、液体を満たした一連の 容器を上記の水槽の中を通過させそのために上記の容器内の液体の熱が上記の水 槽に移るような輪送装置を有することを特徴とする制御装置。 （２０）請求の範囲第１４項に記載の制御装置であつて、上記の水槽の液体を上 記の液体出口部から上記の液体入口部へと決まつた割合で循環させるループ内の ポンプ装置を有することを特徴とする制御装置。 （２１）タンク内の水槽において、水槽の液体が上記のタンクへタンク入口部か ら流れ込み上記のタンクのタンク出口部から流れ出す循環を行なつて上記の水槽 全体に亘つて望ましい液体温度を十分に維持するためのタンク内水槽温度制御装 置であつて、この制御装置は；一般に筒形の要素で加熱された液体をタンクの外 側からタンクの入口へと導く要素と、上記の筒形要素の軸方向の一端は液体の入 口で上記の筒形要素のもう一端は液体の出口になつていて上記の筒形要素の中に は上記の液体入口の近くに伸びていて上記の筒形要素を通して導かれる液体を加 熱して運搬する加熱要素と、上記の筒形要素内にあつて上記の液体出口付近にあ つて上記の筒形要素によつてタンク入口へと導かれる液体の温度を測定するため の第一温度センサーとを有する加熱装置と；上記の加熱装置の上記のタンク入口 と上記の液体出口とを結合させるために設置された結合装置と；上記のタンク内 で上記のタンク入口部から離れた位置にその位置の水槽の液体の温度を測定する ために設置された第二温度センサーと；上記の第一，第二温度センサーに結合し て、また上記の加熱装置の上記の加熱要素に結合して上記の第一，第二温度セン サーによつて測定された液体温度に従つて上記の加熱要素を作動させるための水 槽温度制御装置；とから成ることを特徴とする制御装置。 （２２）請求の範囲第２１項に記載の制御装置であつて、上記の加熱装置の上記 のタンク出口と上記の液体入口の間に接続して、タンクの外に水槽液体の循環ル ープを作る循環装置を有することを特徴とする制御装置。 （２３）請求の範囲第２１項に記載の制御装置であつて、上記の第一温度センサ ーが針の形をしたサーミスタープローブを有することを特徴とする制御装置。 （２４）請求の範囲第２３項に記載の制御装置であつて、上記のサーミスタープ ローブが水中で約６０９．６センチメートル（２０フイート）秒の流速のとき約 ０．５秒の時定数を有することを特徴とする制御装置。 （２５）請求の範囲第２１項に記載の制御装置であつて、上記の第二温度センサ ーが管状の形をしたサーミスタープローブを有することを特徴とする制御装置。 （２６）請求の範囲第２５項に記載の制御装置であつて、上記のサーミスタープ ローブが水中で約６０９．６センチメートル（２０フイート）／秒の流速のとき 約２．０秒の時定数を有することを特徴とする制御装置。 （２７）請求の範囲第２１項に記載の制御装置であつて、上記の第一，第二温度 センサーがそれぞれ、１つのサーミスタープローブと、上記の第一温度センサー の方が比較的小さい時定数とを有することを特徴とする制御装置。 （２８）請求の範囲第２７項に記載の制御装置であつて、上記の第二温度センサ ーの時定数が上記の第一温度センサーのそれの約１０倍であることを特徴とする 制御装置。 （２９）請求の範囲第２１項に記載の制御装置であつて、上記の循環装置が上記 の加熱装置の上記の液体入口へと水槽の液体が循環するように押し出すポンプ装 置を有することを特徴とする制御装置。 （３０）請求の範囲第２９項に記載の制御装置であつて、上記の循環装置が１つ の高い流量のループと１つの低流量の循環ループを有し、上記のループがそれぞ れ上記の加熱装置の上記の液体入口と接続した出口端を有することを特徴とする 制御装置。 （３１）請求の範囲第３０項に記載の制御装置であつて、上記の低流量循環ルー プに１つのフイルターを有することを特徴とする制御装置。 （３２）請求の範囲第３１項に記載の制御装置であつて、上記のポンプ装置が上 記の２つのループの各々の中に１つのポンプを有し、上記のポンプは協働する２ つのループの中で水槽の液体が上記の加熱装置の上記の液体入口へと押し出され て循環する望ましい混合量を決めるような構造であることを特徴とする制御装置 。 （３３）請求の範囲第３１項に記載の制御装置であつて、上記の水槽温度制御装 置が、上記の第一，第二温度センサーがそれぞれ検出した温度と望ましい液体温 度との差に対応する温度信号を発生するためのブリツジ装置を有することを特徴 とする制御装置。 （３４）請求の範囲第３３項に記載の制御装置であつて、この制御装置が、温度 差積分信号を供給するために上記の第二温度センサーと協働している上記のブリ ツジ装置が発生した上記の温度信号を積分する装置を有することを特徴とする制 御装置。 （３５）請求の範囲第３４項に記載の制御装置であつて、この制御装置が、上記 の加熱要素を作動させるための作動信号を供給するために上記の水槽温度差積分 信号と上記の第一温度センサーが協働している上記のブリツジ装置が発生した上 記の温度信号とを比較する装置を有することを特徴とする制御装置。