KR20120005546A - 용량 게이지 - Google Patents

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KR20120005546A
KR20120005546A KR1020117029078A KR20117029078A KR20120005546A KR 20120005546 A KR20120005546 A KR 20120005546A KR 1020117029078 A KR1020117029078 A KR 1020117029078A KR 20117029078 A KR20117029078 A KR 20117029078A KR 20120005546 A KR20120005546 A KR 20120005546A
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chamber
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KR1020117029078A
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왈트 콜드웰
클라크 에이. 펜티코
리 엠. 리
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스트라텍 바이오메디컬 유에스에이, 인크.
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    • G—PHYSICS
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Abstract

본 발명에 따르면, 용량 게이지의 몇몇 형태들이 압력 감지 시스템 및/또는 움직임 감지 시스템으로 실시될 수 있다. 용량 측정용 압력 감지 시스템은 챔버, 압력 변경 장치, 압력 감지 장치, 및 프로세서를 포함할 수 있다. 용량 측정용 움직임 감지 시스템은 용기, 가요성 밀봉부, 가열 장치, 감지 장치, 및 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

용량 게이지{VOLUME GAUGE}
본 발명은 발명의 명칭이 "VOLUME GAUGE"이며 2009년 5월 6일에 출원된 미국 가특허출원번호 61/176,034호를 우선권 주장하고 있으며, 이 미국특허출원은 본 명세서에서 참조문헌으로서 인용된다.
본 발명은 일반적으로 다양한 크기와 형태의 용기 내에 있는 액상 물질 및/또는 고형 물질의 용량을 측정하는 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 화학 및/또는 생물학 분야에서 고속 스크리닝(High-Throughput Screening; HTS) 또는 초고속 스크리닝(Ultra-High-Throughput Screening; uHTS) 시스템에 사용될 수 있는 용량 측정 시스템에 관한 것이다.
HTS 및 uHTS 시스템을 위한 통상적인 순서는, 세포, 제제, 매질, 및 버퍼(buffer)와 같이, 하나 또는 그 이상의 액상 물질 또는 고형 물질을 테스트 튜브, 마이크로플레이트, 또는 큐벳(cuvette)과 같은 하나 또는 그 이상의 용기 내에 분배하는 단계(dispensing), 및 배양되고(incubated), 원심분리되며(centrifuged), 판독되어야(read) 하는 이러한 물질들을 전달하는 단계를 포함한다. HTS 및 uHTS 시스템의 대부분이 폐루프(closed loop) 방식으로 작동되기 때문에, 액상 물질 또는 고형 물질이 판독될 수 있도록 준비상태가 될 때까지는 어떠한 바람직하지 못한 상태도 탐지될 수 없다. 수백 개 또는 심지어 수천 개의 용기를 포함하는 대형 스크리닝 작업을 위해, 엄청난 양의 실험 물질(test substance)들이 불필요하게 소모될 수도 있다.
보다 구체적으로는, HTS 및 uHTS 시스템은 일반적으로 유체가 용기 내에 분배되는 하나 또는 그 이상의 분배 공정(dispensing operation)을 가진다. 분배 공정을 위해 사용되는 분배 노즐(dispense nozzle)은 통상 매우 작으며 이에 따라 분배 공정 동안 쉽게 차단되거나 또는 막힐 수 있다. 이 분배 노즐 중 하나 또는 그 이상의 노즐이 차단되는 경우, 이에 상응하는 용기 속이 비게 될 것이다(empty). 이와 유사하게, 하나 또는 그 이상의 노즐이 차단되는 경우, 이렇게 차단되는 현상은 분배되는 흐름(stream)이 목표로부터 벗어나게 할 수 있으며 이에 따라 실험을 위한 분배 물질의 양을 줄이게 한다.
따라서, 실험 물질들이 스크리닝 공정 동안 용기 내에 적절하게 분배되어야 하는 것이 중요하다. 과거에, 용기 내에 분배된 실험 물질들의 용량(volume)을 측정하는 시스템을 제공하기 위해 몇몇 시도들이 행해졌다. 예를 들어, 몇몇 상태에서 실험 물질의 용량을 탐지하는 데 있어 광학 감지 시스템(optical sensing system)이 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 방법의 정밀도는 실험 물질들의 형태 및/또는 용기의 수칙와 형태에 의해 제한된다. 더 구체적으로는, 상기 광학 감지 시스템으로는, 용기가 불균일하거나 또는 비정상적인 굴절 표면(reflective surface)을 포함하거나 혹은 실험 물질들이 너무 많은 광(light)을 흡수하거나 또는 반사할 때에는 정밀한 결과를 산출할 수 없다.
용량 게이지(volume gauge)의 몇몇 형태들이 압력 감지 시스템 및/또는 움직임 감지 시스템을 사용하여 실시될 수 있다. 용량 측정용 압력 감지 시스템은 챔버, 압력 변경 장치, 압력 감지 장치, 및 프로세서를 포함할 수 있다. 용량 측정용 움직임 감지 시스템은 용기, 가요성 밀봉부(flexible seal), 가열 장치, 감지 장치, 및 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 형태는 용기 내에 있는 고형 물질 또는 유체의 용량을 측정할 수 있는 용량 측정 시스템을 제공하여 이러한 물질이 용기 내에 있고 및/또는 이러한 물질이 용기 내에 적절하게 분배되는 데 있다. 본 발명의 또 다른 형태는 내부에 함유된 물질의 용량을 안정적으로 측정하여 많은 개수의 용기를 검사하기 위해 신속하고 효율적인 방법을 제공하여 이에 따라 HTS 시스템 및/또는 uHTS 시스템의 안정성을 증가하는 데 있다. 본 발명의 한 이점은 비정상적인 형태를 가진 액상 물질 또는 고형 물질 및 형태가 잘 형성되지 않은 용기(undefined container)의 용량을 측정할 수 있게 하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 이점은 상이한 용기로부터 표본(specimens)의 교차 오염(cross contamination)을 방지하는 비접촉식(contact free) 용량 측정 시스템을 포함할 수 있다.
그 외의 다른 알고리즘 접근법(algorithm approach) 및 과학적 원리들 중에서, 상기 두 시스템들은 용기의 물질 용량(substance volume)과 유효 공간 용량(available space volume)을 도출하고, 결정하거나 또는 계산하기 위해 이상 기체 법칙(ideal gas law)을 적용시킬 수 있다. 게다가, 두 시스템 모두 용기 내에 위치된 액상 물질, 고형 물질, 또는 이들의 조합물(combination)이 있는지 없는지를 쉽게 식별할 수 있다.
한 용량 측정용 압력 감지 시스템이: 밀봉식 접근 포트(sealable access port)를 가진 챔버; 상기 밀봉식 접근 포트가 밀봉되었을 때 상기 챔버 내에 함유된 기체 물질에 미리 정해진 압력을 가하여 챔버 용량을 형성하도록 구성된 압력 변경 장치; 상기 밀봉식 접근 포트가 밀봉되었을 때 제 1 압력을 측정하고 상기 밀봉식 접근 포트가 개방되었을 때 제 2 압력을 측정하여 상기 챔버가 상기 밀봉식 접근 포트를 통해 용기에 결합되도록 구성된 압력 감지 장치; 및 상기 챔버 용량, 제 1 압력, 및 제 2 압력을 사용하여 상기 용기의 유효 공간 용량을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
한 용량 측정용 압력 감지 시스템이; 개구(opening)를 형성하는 챔버를 포함하며; 챔버 내에 있는 기체 물질에 제 1 압력을 가하여 이에 따라 챔버 용량을 형성하도록 구성된 압력 변경 장치를 포함하고, 상기 개구를 통해 상기 챔버에 결합될 때, 기준 용량(reference volume)을 가진 기준 용기(reference container)가 기준 압력(reference pressure)을 보유하며, 상기 개구를 통해 상기 챔버에 결합될 때, 유효 공간 용량을 가진 용기가 제 2 압력을 보유하고; 상기 기준 용기의 기준 압력과 용기의 제 2 압력을 측정하도록 구성된 압력 감지 장치를 포함하며; 제 2 압력, 기준 압력, 챔버 용량 및 기준 용량을 사용하여 상기 용기의 유효 공간 용량을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
한 용량 측정용 움직임 감지 시스템이: 개구를 형성하는 용기; 상기 용기의 개구를 밀봉하는 가요성 밀봉부; 상기 용기 내에 함유된 기체 물질에 미리 정해진 온도의 열을 가하도록 구성되어 상기 가요성 밀봉부가 인장되어(stretched) 상측 부분과 바닥 부분을 형성하는 가열 장치; 가요성 밀봉부의 상측 부분으로부터 가요성 밀봉부의 바닥 부분까지 인장 거리(stretch distance)를 탐지하도록 구성된 감지 장치; 및 미리 정해진 온도와 인장 거리를 사용하여 상기 용기의 유효 공간 용량을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
한 용량 측정 방법이: 기준 용량을 가진 기준 용기에 미리 정해진 입력 압력을 가하는 단계; 상기 기준 용기의 기준 출력 압력을 측정하는 단계; 상기 미리 정해진 입력 압력을 목표 용기(target container)에 가하는 단계; 상기 목표 용기의 목표 출력 압력을 측정하는 단계; 상기 목표 출력 압력, 기준 출력 압력, 및 기준 용량을 사용하여 상기 목표 용기의 유효 공간 용량을 결정하는 단계; 및 상기 기준 용기의 기준 용량으로부터 목표 용기의 유효 공간 용량을 차감하여(subtracting) 목표 용기의 물질 용량을 결정하는 단계를 포함한다.
한 용량 측정 방법이: 가요성 밀봉부를 가지며 공기로 채워진 기준 용기를 가열하는 단계; 상기 가요성 밀봉부의 기준 상측 부분으로부터 가요성 밀봉부의 바닥 부분까지 기준 인장 거리를 감지하는 단계; 상기 가요성 밀봉부를 가진 목표 용기를 가열하는 단계; 상기 가요성 밀봉부의 목표 상측 부분으로부터 가요성 밀봉부의 바닥 부분까지 목표 인장 거리를 감지하는 단계; 및 상기 목표 인장 거리와 기준 인장 거리를 사용하여 목표 용기의 물질 용량을 결정하는 단계를 포함한다.
한 용량 측정용 압력 감지 시스템이: 용기를 포함하며, 상기 용기는 물질 용량과 상기 용기 내에 위치된 공기에 의해 형성된 유효 공간 용량을 가진 총 용량을 형성하고 상기 유효 공간 용량은 상기 용기가 실질적으로 공기로 채워질 때 총 용량에 실질적으로 가깝도록 구성되며; 상기 용기 내에 위치된 공기에 미리 정해진 압력을 가하도록 구성된 압력 변경 장치를 포함하고; 상기 용기 내에 위치된 공기의 목표 압력을 측정하도록 구성된 압력 감지 장치를 포함하며; 미리 정해진 압력에 의해 형성된 용기의 기준 압력과 용기의 총 용량을 저장하기 위한 메모리를 가진 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 총 용량, 기준 압력, 및 용기의 목표 압력을 사용하여 용기의 물질 용량과 유효 공간 용량을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 정확한 성질 뿐만 아니라 본 발명의 목표와 이점들은 전반적으로 유사한 부분들이 유사한 도면부호를 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 하기 설명을 연구하여 용이하게 될 것이다.
도 1a는 본 발명의 한 구체예에 따라 용량 측정을 위한 압력 감지 시스템의 대표적인 형상을 도시한 도면.
도 1b는 본 발명의 한 구체예에 따라 용량 측정을 위한 압력 감지 시스템을 실행시키기 위한 설치과정을 도시한 도면.
도 1c는 본 발명의 한 구체예에 따라 용량 측정을 위한 압력 감지 시스템을 실행시키기 위한 또 다른 설치과정을 도시한 도면.
도 2a는 본 발명의 한 구체예에 따른 압력 게이지의 대표적인 형태를 도시한 도면.
도 2b는 본 발명의 한 구체예에 따른 스트레인 게이지의 대표적인 형태를 도시한 도면.
도 2c는 본 발명의 한 구체예에 따른 광섬유 압력 센서의 대표적인 형상을 도시한 도면.
도 2d는 본 발명의 한 구체예에 따른 큐벳의 대표적인 형상을 도시한 도면.
도 2e는 본 발명의 한 구체예에 따른 마이크로플레이트 웰의 대표적인 형상을 도시한 도면.
도 2f는 본 발명의 한 구체예에 따른 테스트 튜브의 대표적인 형상을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따라 다수의 압력 감지 용량계가 제공되는 시스템의 대표적인 구성을 도시한 도면.
도 4a는 본 발명의 한 구체예에 따라 용량 측정을 위한 모션 감지 감지 시스템의 대표적인 구성을 도시한 도면.
도 4b는 본 발명의 한 구체예에 따라 용량 측정을 위한 모션 감지 시스템을 실행시키기 위한 설치과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 용량 측정 방법의 단계들을 예시한 플로차트.
도 6은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 용량 측정 방법의 단계들을 예시한 플로차트.
이제, 본 발명의 다양한 특징들의 구체예를 실시하는 기기, 시스템 및 방법들이 첨부된 도면들을 참조하여 기술될 것이다. 상기 도면들과 이에 관련된 설명은 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니라 본 발명의 몇몇 구체예들을 예시하기 위해 제공된다. 이 도면들에 걸쳐, 도면부호들은 참조 요소(reference element)들 간의 대응을 나타내기 위하여 재사용된다. 뿐만 아닐, 각각의 도면부호의 첫 번째 숫자는 그 요소가 첫 번째로 나타나는 도면을 가리킨다.
도 1a는 본 발명의 한 구체예에 따른 용량 측정용 압력 감지 시스템(pressure sensing system for volume measurement; PSVM)(100)의 대표적인 구성이다. 상기 PSVM(100)은 압력 변경 장치(102), 챔버(104), 광 도관(106), 압력 감지 장치(112), 및 프로세서(114)를 포함한다. 상기 압력 변경 장치(102)는 인터페이스(103)를 통해 챔버(104)에 결합될 수 있다. 상기 챔버(104)는 밀봉식 접근 포트(105)를 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 밀봉식 접근 포트(105)가 밀봉될 때 유한 양의 기체 입자들이 상기 챔버(104) 내에 함유될 수 있다. 이와 반대로, 기체 입자들은 밀봉식 접근 포트(105)가 개방되어 있을 때 챔버(104) 내로 자유롭게 유입되고 챔버(104)로부터 자유롭게 배출될 수 있다. 상기 광 도관(106)은 상부 개구와 바닥 개구를 가지며 개방되어 있는 밀봉식 접근 포트(105)를 통해 챔버(104)에 결합될 수 있다. 측정을 위해 용기(109)가 준비될 때, 상기 용기(109)는 개방되어 있는 밀봉식 접근 포트(105)를 통해 직접적으로 챔버(104)에 결합될 수 있거나 또는 광 도관(106)을 통해 간접적으로 챔버(104)에 결합될 수 있다.
압력 감지 장치(112)는 압력 감지 도관(111)을 통해 챔버(104)에 결합될 수 있다. 도 1a에 도시된 것과 같이, 상기 압력 감지 도관(111은) 밀봉식 접근 포트(105) 위에 있는 한 위치에서 챔버(104)에 결합될 수 있으며, 이에 따라 상기 압력 감지 장치(112)는 심지어 밀봉식 접근 포트(105)가 밀봉될 때에도 챔버(104) 내에서 코팅된 기체 입자들의 압력을 수용할 수 있다(receive). 상기 압력 감지 도관(111)은 유한 량의 압력으로 기체 입자들을 보유할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 본 발명의 한 구체예에 따르면, 상기 압력 감지 도관(111)은 플라스틱 튜브, 유리 튜브, 또는 기체 입자들이 빠져나가는 것을 방지할 수 있는 재료로 제조된 터널 고정장치(tunnel fixture)일 수 있다.
프로세서(114)는 연결 장치(115)를 통해 압력 변경 장치(102)에 결합될 수 있으며, 연결 장치(113)를 통해 압력 감지 장치(112)에 결합될 수도 있다. 연결 장치(115 및 113)는 둘 다 전자기 신호를 전송할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 예를 들어, 두 연결 장치(115 및 113)는 전도성 와이어(conducting wire)로 구성된 블루투스 장치(blue-tooth device) 또는 이더넷 케이블(Etherent cable)일 수 있다.
챔버(104)는 인터페이스(103)와 밀봉식 접근 포트(105) 및 제한된 공간을 가진 임의의 닫힌 구조(closed structure)로 구성될 수 있으며, 밀봉식 접근 포트(105)가 밀봉되어 있을 때 인터페이스(103)는 상기 압력 변경 장치(102)가 내부에 함유된 기체 입자들의 압력을 조절할 수 있게 한다. 한편, 개방되어 있을 때, 밀봉식 접근 포트(105)는 챔버(104) 내부에 있는 공간에 접근하는 통로를 제공할 수 있다. 다른 한편으로는, 밀봉되어 있을 때, 밀봉식 접근 포트(105)는 챔버(104) 내부에 있는 임의의 공간에 접근하는 것을 차단시킬 수 있다. 밀봉식 접근 포트(105)의 밀봉 메커니즘(sealing mechanism)은, 한 번은 통로를 차단할 수 있고 다른 한 번은 같은 통로를 개방시킬 수 있는 임의의 물리적 구조(physical structure)에 의해 구현될 수 있다(implemented). 예를 들어, 상기 밀봉 메커니즘은 밸브(valve), 뚜껑(lid), 커버(cover), 엔클로저(enclosure), 또는 플러그(plug)에 의해 구현될 수 있다. 상기 밀봉식 접근 포트(105)의 밀봉 메커니즘은 프로세서(114)에 의해 수동 또는 자동 중 한 방식으로 제어될 수 있다. 도 1a에서 챔버(104)가 하나의 밀봉식 접근 포트(105)를 가지는 것으로 도시되어 있지만, 상기 챔버(104)는 본 발명의 한 구체예에 따른 다수의 용기들과 동시에 결합될 수 있게 하기 위해 다수의 밀봉식 접근 포트를 가질 수도 있다.
챔버(104) 내에 함유된 기체 입자들은 유한 양을 가진 기체 입자들에 의해 점유된(occupied) 공간의 용량(volue)이 상기 기체 입자들의 온도에 대해 직접적으로 비례해야 하며 상기 기체 입자들에 가해진 압력에 반비례해야 하는 것을 통상 보여주고 있는 이상 기체 법칙에 근사하는(approximate) 임의의 기체 물질로 구성될 수 있다.
게다가, 상기 챔버(104)는 압력 감지 도관(111)이 결합될 수 있는 한 위치를 가지며, 이에 따라 압력 감지 장치(112)는 압력 변경 장치(102)가 챔버(104)의 기체 압력을 조절하고 난 후에 챔버(104) 내에 함유된 기체 입자들의 압력을 측정할 수 있다. 본 발명의 한 구체예에 따르면, 상기 압력 감지 도관(111)은, 밀봉식 접근 포트(105)를 밀봉해도 이러한 결합상태에 영향을 받지 않는 한, 임의의 위치에서 챔버(104)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 압력 감지 도관(111)은 도 1a에 도시된 것과 같이 밀봉식 접근 포트(105) 약간 상부 위의 위치에서 챔버(104)에 결합될 수 있다.
압력 변경 장치(102)는 닫혀 있는 공간 내에 함유된 고정량의 기체 입자들의 압력을 조절할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 예를 들어, 압력 변경 장치(102)는 피스톤, 펌프, 또는 본 발명의 다양한 구체예들에 따른 히터(heater)일 수 있다. 압력 변경 장치(102)의 다수의 목적 중 하나는, 도관(106)과 용기(109)와 같이, 챔버(104) 및/또는 그 외의 부속의 포함 구조물(annexed enclosing structure) 내에 함유된 기체 입자들의 압력을 조절하는 것이다. 제공된 압력 변경 장치(102)의 타입에 따라, 인터페이스(103)는 압력 변경 장치(102)가 그 목적을 제공할 수 있게 하는 임의의 장치일 수 있다. 예를 들어, 압력 변경 장치(102)가 피스톤인 경우, 상기 인터페이스(103)는 피스톤을 자유로이 운동할 수 있게 하는 개방된 공간(open space)일 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 압력 변경 장치(102)가 펌프이면, 인터페이스(103)는 추가적인 기체 입자들이 챔버(104) 내로 퍼 올려질 수 있게 하는 작은 개구일 수 있다. 또 다른 예에서, 압력 변경 장치(102)가 히터인 경우, 인터페이스(103)는 기체 입자들은 기체 입자들이 가열될 때 챔버(104) 내에 올바르게 보유될 수 있도록 챔버(104)의 닫혀 있는 벽(closed wall)일 수 있다.
압력 감지 장치(112)는 닫혀 있는 공간(closed space) 내에 함유된 특정량의 기체 입자들의 압력을 측정할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 본 발명의 한 구체예에 따르면, 압력 감지 장치(112)는 도 2a에 도시된 것과 같은 압력 게이지(pressure gauge), 도 2b에 도시된 것과 같으 스트레인 게이지(strain gauge), 또는 도 2c에 도시된 것과 같은 광섬유 압력 센서일 수 있다. 본 발명의 한 구체예에 따르면, 압력 감지 장치(112)는 연결 장치(113)를 통해 프로세서(114)에 의해 수동 또는 자동으로 작동될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 압력 감지 장치(112)에 의해 수행된 측정값(measurements)들은 연결 장치(113)를 통해 전자적으로 프로세서(114)에 전송되거나 또는 수동으로 프로세서(114)에 입력될 수 있다.
프로세서(114)는 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 처리하며, 상기 처리된 데이터를 출력할 수 있는 임의의 컴퓨터 장치일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(114)는 메모리와 디스플레이에 결합될 수 있다. 상기 프로세서(114)는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 실시될 수 있다. 프로세서(114)는 ARM(Advanced RISC Machine), 컴퓨터, 컨트롤러, 디지털 시그널 프로세서(DSP), 마이크로프로세서, 회로소자(circuitry), 프로세서 칩(processor chip), 또는 데이터를 처리할 수 있는 그 외의 다른 임의의 장치, 및 이들의 조합일 수 있다. 메모리는 다양한 루틴(routine)과 데이터를 포함하거나 또는 저장할 수 있다. 용어 "메모리(memory)"는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 읽기-전용 메모리(ROM), EPROM, EEPROM, 레지스터, 하드 디스크, 탈착식 디스크, CD-ROM, DVD, 와이어리스 채널(wireless channel), 및 명령(들) 및/또는 데이터를 저장하고, 포함하거나 또는 이동시킬 수 있는 그 외의 다양한 매체(medium)를 포함하는데, 이들에만 제한되는 것은 아니다. 디스플레이는 LCD, LED, 플라즈마 디스플레이 스크린 또는 터치 스크린일 수 있다.
도 1a를 보면, 프로세서(114)는 고형 또는 액상 물질(110)로 부분적으로 채워질 수 있는 용기(109)에 관한 압력 측정 데이터를 수용할 수 있다. 수신된 압력 측정 데이터에 따라, 프로세서(114)는 용기(109)의 유효 공간(available space) 용량(107)을 결정할 수 있다. 프로세서(114)는 고형 또는 액상 물질(110)에 의해 점유된 용량의 백분율을 추가로 결정할 수 있다. 마지막으로, 프로세서(114)는 처리된 결과들을 디스플레이 상에 보여줄 수 있다. 본 발명의 한 구체예에 따르면, 프로세서(114)는 용기(109)의 물질 용량 백분율(117)을 스크린 샷(screen shot)(116)에 디스플레이하고 용기(109)가 속이 비어져 있는지 또는 그렇지 않은 지를 스크린 샷(118)에 디스플레이할 수 있다.
게다가, 본 발명의 한 구체예에 따르면, 프로세서(114)는 압력 변경 장치(102)와 압력 감지 장치(112)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(114)는 용량 측정 시퀀스(sequence)를 시작할 수 있는데, 이 용량 측정 시퀀스는 밀봉식 접근 포트(105)를 밀봉할 것을 명령하고, 압력 변경 장치(102)에게 특정 시간에서 챔버(104) 내에 함유된 기체 입자들에 미리 정해진 압력을 가하도록 명령하며, 압력 감지 장치(112)에게 밀봉식 접근 포트(105)가 밀봉된 상태로 유지될 때 제 1 압력 측정값을 택하도록 명령하며, 그리고 압력 감지 장치(112)가 제 2 압력 측정값을 택할 수 있도록 밀봉식 접근 포트(105)를 개방할 것을 명령하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 프로세서(114)는, 챔버(104)의 용량, 광 도관(106)의 용량, 속이 비어 있는 용기(109)의 총 용량과 같이 측정되어야 하는 용기(109)의 점유된 용량, 압력 변경 장치(102)에 의해 가해질 수 있는 미리 정해진 압력, 및/또는 챔버(104)와 속이 비어 있는 용기(109)가 압력 변경 장치(102)의 미리 정해진 압력을 받을 때 상기 챔버(104)와 속이 비어 있는 용기(109)의 합친 압력(resulting pressure)을 결정하기 위해, 메모리 내에, 미리 정의된 특정 변수 값들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(114)는 다양한 크기와 형태를 가진 속이 비어 있는 용기(109)들의 총 용량을 확인하기 위해 탐색표(look-up table)를 사용할 수 있다.
광 도관(106)은 2개 이상의 개구를 가진 고정장치(fixture)일 수 있는데, 하나의 개구는 챔버(104)의 밀봉식 접근 포트(105)에 결합되고 그 외의 다른 하나 이상의 개구는 용기(109)에 결합된다. 광 도관(106)의 목적 중 하나는 용기(109)와 밀봉식 접근 포트(105) 사이를 좀 더 용이하게 잘 결합하기 위한 것이다. 용기(109)가 상이한 타입의 개구를 가진 상이한 형태로 제작될 수 있기 때문에, 밀봉식 접근 포트(105)는 이러한 모든 타입의 개구들과 잘 끼워 맞을 수도 혹은 잘 끼워 맞지 않을 수도 있다.
본 발명의 한 구체예에 따르면, 예를 들어, 용기(109)는 도 2d에 도시된 것과 같은 큐벳(cuvette), 도 2e에 도시된 것과 같은 마이크로플레이트 웰(microplate well), 또는 도 2f에 도시된 것과 같은 테스트 튜브(test tube)일 수 있다. 광 도관(106)의 도움으로, 공통 포함 공간을 챔버(104)와 공유하며 상기 공통 포함 공간 내부에 함유된 기체 입자들이 빠져나갈 수 있는 가능성을 줄이기 위해, 용기(109)는 밀봉식 접근 포트(105)에 고정 방식으로 결합될 수 있다. 대안으로, 용기(109)는 밀봉식 접근 포트(105)에 더 잘 결합할 수 있는 정합형 밀봉부(matching seal)(108)를 포함할 수 있다. 더구나, 상기 정합형 밀봉부(108)는 유효 공간(107)이 밀봉식 접근 포트(105)가 개방될 때 챔버(104)로부터 기체 압력이 유입되는 것을 수용할 때 고형 또는 액상 물질(110)이 유출되거나 흘러지는 것을 방지할 수 있다.
이제, 본 발명의 다양한 구체예들에 따른 여러 용량 측정 계획(volume measurement scheme)에 대해 기술될 것이다. 이상 기체 법칙에 따르면, 유한 공간(finite space)의 용량이 팽창되는 경우, 기체 입자들의 온도와 그 외의 다른 상태들이 불변한다고 가정할 때, 이러한 유한 공간 내에 함유된 기체 입자들의 압력은 줄어들 것이다. 이와는 반대로, 유한 공간의 용량이 수축되는 경우에는, 유한 공간 내에 함유된 기체 입자들의 압력은 증가할 것이다. 이러한 원리는 하기 방정식(1)에 의해 나타낼 수 있는데:
PAVA = PBVB (1)
여기서, PA는 용량(VA)을 가진 원래의 유한 공간의 원래 압력이며, PB는 용량(VB)을 가진 팽창된 유한 공간 내에서 줄어든 압력이다. 상기 방정식(1)을 다시 배열하면, VB에 대해 정리될 수 있으며, 하기 방정식(2)으로 결정된다.
VB = VA(PA/PB) (2)
이 원리를 보면, 미지수의(unknown) 공간 용량은 기체 입자들의 압력과 주어진(known) 용량을 가진 공간의 기체 입자들의 압력을 비교함으로써 결정될 수 있다. 도 1b를 보면, 다이어그램(152 및 154)은 광 도관(106) 없이 용량 측정 설치과정을 도시하고 있고, 다이어그램(156 및 158)은 광 도관(106)을 사용하여 용량 측정 설치과정을 도시하고 있다.
예를 들어, 도 1a에 있는 구성요소들과 유사한 구성요소들로 설치하는 과정을 도시하고 있는 다이어그램(152)에서, 챔버(104)는 주어진 챔버 용량(V1)을 가지며 용기(109)는 미지수의 유효 공간 용량(V2)을 가진다. 하기 단계들은 본 발명의 한 구체예에 따라 유효 공간 용량(V2)을 결정하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다. 우선, 밀봉식 접근 포트(105)가 밀봉될 때 챔버(104) 내에 함유된 기체 입자들에 미리 정해진 압력(120)이 가해질 수 있다. 두 번째로, 압력 감지 장치(112)는 챔버 용량(V1)을 가진 챔버(104) 내에 함유된 기체 입자들의 제 1 압력(P1)을 측정할 수 있다. 다이어그램(154)을 보면, 밀봉식 접근 포트(105)는 팽창된 용량(V1+V2)을 가진 공통 포함 공간을 챔버(104)와 용기(109)가 공유할 수 있게 하도록 개방될 수 있으며, 이에 따라 전달 압력(121)이 챔버(104)로부터 용기(109)로 흐르게 된다. 그러면, 압력 감지 장치(112)는 팽창된 용량을 가진 공통 포함 구간 내에 함유된 기체 입자들의 줄어든 제 2 압력(P2)을 측정할 수 있다. P1, P2, V1 및 V1+V2를 방정식(2)에 대입하면, V1(P1/P2)-V1을 계산하여 V2가 결정될 수 있다. 용기(109)의 총 용량이 주어지면, 용기(109)의 총 용량으로부터 V2를 차감하여 물질 용량(110)이 추가로 결정될 수 있다.
이와 유사하게, 본 발명의 또 다른 구체예에 따라, 광 도관(106)을 사용하는 설치과정에 동일한 원리가 제공될 수 있다. 다이어그램(156 및 158)을 보면, 팽창된 공간은, 이제, V1+V2+V3 및 줄어든 압력(P3)을 가진다. 따라서, 다시 방정식(2)을 적용하면, V1(P1/P3)-V1-V3의 값을 계산하여 V2가 결정될 수 있다. 용기(109)의 총 용량이 주어지면, 용기(109)의 총 용량으로부터 V2를 차감하여 물질 용량(110)이 추가로 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 유효 공간 용량(107) 뿐만 아니라 용기(109)의 물질 용량(110)을 결정하기 위하여 대안의 계획이 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 1c에서, 다이어그램(162)은 기준 용량(V4)을 가진 기준 용기(160)의 사용법(use)을 보여주고 있다. 일반적으로, 상기 기준 용기(160)는 원래의 용량(VA)과 원래의 압력(PA)을 제공하는 챔버(104)와 유사한 기능을 수행한다. 하지만, 도 1a와 도 1b에 도시된 것과 같이, 밀봉식 접근 포트(105)를 가지는 대신, 도 1c에 있는 챔버(104)는 항시 개방되어 있고 결합을 위해 준비상태에 있는 개구(125)를 가진다.
다이어그램(162)을 보면, 기준 용기(160)는 챔버(104)에 직접 결합될 수 있으며, 이에 따라 상기 기준 용기(160)와 챔버(104)는 용량(V1+V4)을 가진 공통 포함 공간을 공유한다. 압력 변경 장치(102)는 챔버(104)에 미리 정해진 압력(120)을 가할 수 있으며 압력 감지 장치(112)는 공통 공간 내에 함유된 기체 입자들의 기준 압력(P4)을 측정할 수 있다. 그 후, 기준 용기(160)는 용기(109)로 교체되고 제2 압력(P2)이 측정된다. P4, P2, V1+V4, 및 V1+V2을 방정식(2)에 대입하면, [(V1+V4)P4/P2]-V1의 값을 계산하여 V2가 결정될 수 있다. 용기(109)의 총 용량이 주어지면, 용기(109)의 총 용량으로부터 V2를 차감함으로써 물질 용량(110)이 추가로 결정될 수 있다. 실질적인 이유로 인해, 기준 용기(160)는 형태와 용량에 있어 용기(109)의 형태와 용량과 동일할 수 있으며, 이에 따라 물질 용량(110)은 V4-V2의 값을 계산하여 결정될 수 있는데, 여기서 V2는 [(V1+V4)P4/P2]-V1이다.
이와 비슷하게, 본 발명의 한 구체예에 따라, 광 도관(106)을 사용하는 설치과정에 동일한 원리가 제공될 수 있다. 다이어그램(166 및 168)을 보면, 공통 포함 공간은, 이제, V1+V4+V3 및 기준 압력(P4)을 가진다. 따라서, 다시 방정식(2)을 적용하면, [((V1+V4+V3)P4)/P2]-V1-V3의 값을 계산하여 V2가 결정될 수 있다. 용기(109)의 총 용량이 주어지면, 용기(109)의 총 용량으로부터 V2를 차감하여 물질 용량(110)이 추가로 결정될 수 있다. 실질적인 이유로 인해, 기준 용기(160)는 형태와 용량에 있어 용기(109)의 형태와 용량과 동일할 수 있으며, 이에 따라 물질 용량(110)은 V4-V2의 값을 계산하여 결정될 수 있는데, 여기서 V2는 [((V1+V4+V3)P4)/P2]-V1-V3이다.
본 발명의 한 구체예에 따라서 도 1a-1c에서 논의된 미리 정해진 압력(120)이 대기압보다 더 높을 수도 있겠지만, 미리 정해진 압력(120)은 대기압에 실질적으로 가깝거나 또는 본 발명의 또 다른 구체예에 따라서 대기압보다 심지어 더 낮을 수 있다.
측정 과정의 효율성을 높이기 위하여, 본 명세서에 기술된 용량 측정 시스템은 상대적으로 큰 비율로 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 보면, PSVM(100)은 열(302)과 행(304)을 가진 매트릭스(matrix)로 배열될 수 있다. 본 발명의 한 구체예에 따르면, 열(302)은 16개의 PSVM(100)을 포함할 수 있으며 행(304)은 24개의 PSVM(100)을 포함할 수 있으며, 이에 따라 총 384개의 PSVM(100)이 사용될 수 있다(deployed). 한 번에 용기(109) 하나를 측정하는 대신, 도 3의 시스템은 용기(109)가 한번에 측정될 수 있게 할 수 있다. 이에 따라, 프로세스(114)는 스크린 샷(118)으로부터 도출된(dereived) 변형예인 스크린 샷(306) 및 스크린 샷(116)으로부터 도출된 변형예인 스크린 샷(308)을 생성할 수 있다.
이제, 용량 측정용 움직임 감지 시스템(motion sensing system for volume measurement; MSVM)에 대해 논의된다. 도 4a를 보면, 본 발명의 한 구체예에 따라서, MSVM(400)이 용기(404), 가요성 밀봉부(402), 가열 장치(406), 감지 장치(414), 및 프로세서(416)를 포함할 수 있다. 상기 용기(404)는 액상 물질, 고형 물질 및 이들의 조합물을 용기(404) 내로 분배시킬(dispensed) 수 있게 하는 개구(401)를 가진다. 분배된 물질은 물질 용량(408)을 가지는데, 이 물질 용량(408)은 용기(404)의 수치들에 의해 형성된 유효 공간 용량(409)을 줄인다. 실질적으로, 도 1a-1c 및 도 2d-2e에 대해 논의된 용기(109)와 유사하게, 용기(409)는 큐벳, 마이크로플레이트 웰 또는 본 발명에 따른 테스트 튜브일 수 있다.
가요성 밀봉부(402)는 두 개의 기능을 수행할 수 있다. 첫째로, 상기 가요성 밀봉부(402)는 용기(404)의 개구(401)를 가리고(cover up) 밀봉하여 용기(404) 내에 위치된 기체 입자들을 제한하고 외부에 있는 임의의 기체 입자들이 용기(404)에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 두 번째 기능에 따르면, 용기(404)가 가열될 때, 내부에 위치된 기체 입자들이 좀 더 많은 열에너지를 받음에 따라, 가요성 밀봉부(402)는 유효 공간 용량(409)이 팽창될 수 있게 하기 위해 인장될 수 있다(stretch). 일반적으로, 상기 가요성 밀봉부(402)는 상기 두 기능을 수행하는 어떠한 재료로도 제조될 수 있다. 본 발명의 한 구체예에 따르면, 가요성 밀봉부(402)는 고무, 접착 층(adhesive layer)을 가진 알루미늄 포일, 및 그 외의 다른 임의의 인장형 고밀도 재료로 제조될 수 있다.
가열 장치(406)는 용기(404) 내에 함유된 기체 입자들에 전달하기에 충분한 열에너지를 생성할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 이상 기체 법칙에 따르면, 기체 입자들의 압력이 불변 상태로 유지된다고 가정할 때, 유한 양의 기체 입자들의 용량은 기체 입자들의 온도가 올라가는 경우에 팽창될 것이다. 가요성 밀봉부(402)가 인장될 수 있게 때문에, 상기 가요성 밀봉부(402)는 용기(404) 내에 함유된 기체 입자들의 압력이 대기압에 대해 실질적으로 불변 상태로 유지될 수 있게 한다. 따라서, 기체 입자들은 용기(404)에 열이 가해질 때 유효 공간 용량(409)을 팽창시킬 것이다. 본 발명의 한 구체예에 따르면, 가열 장치(406)는 분젠 버너(Bunsen burner), 라이터(lighter) 또는 전기 히터일 수 있다.
감지 장치(414)는 인장된 가요성 밀봉부(402)의 움직임과 위치를 감지할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 도 4a에 도시된 것과 같이, 가요성 밀봉부(402)는 용기(404)의 개구(401) 상부에서 이동하도록 인장될 수 있다. 처음에, 실온에서, 가요성 밀봉부(402)는 정지 위치(resting position)에 있을 수 있는데, 이 정지 위치는 바닥 부분(410)을 형성한다. 열(420)이 용기(404)에 가해질 때, 기체 입자들의 온도는 올라가서 유효 공간 용량(409)이 증가되게 한다. 그 결과, 가요성 밀봉부(402)는 인장되어 상측 부분(412)을 가진 볼록 표면을 형성한다. 감지 장치(414)는 바닥 부분(410)의 위치에 대해 상측 부분(412)의 위치를 감지할 수 있으며, 이에 따라 상측 부분(412)으로부터 바닥 부분(410)으로 측정된 가요성 밀봉부(402)의 인장 거리(stretch distance)(411)를 감지할 수 있게 된다. 예를 들어, 감지 장치(414)는 움직임 감지 장치, 압력 감지 장치, 또는 본 발명의 한 구체예에 따른 광학 감지 장치(optical sensing device)일 수 있다.
프로세서(416)는 감지 장치(414)를 제어하고 감지된 정보를 수신하기 위한 연결 장치(415)를 거쳐 감지 장치(414)에 결합될 수 있다. 일반적으로, 상기 연결 장치(415)는 연결 장치(113)와 실질적으로 똑같으며 프로세서(416)는 도 1a에 대해 기술한 프로세서(114)와 실질적으로 같다. 따라서, 프로세서(416)는 스크린 샷(116, 118, 306, 및 308)과 같은 몇몇 스크린 샷에 나타내질 수 있는 데이터를 수신하고, 처리하고 출력할 수 있다. 게다가, 프로세서(416)는 물질 용량(408)과 유효 공간 용량(409)을 결정하기 위한 유용한 정보를 저장하기 위해 충분한 메모리를 가질 수 있다.
도 4b는 도 4a에 대해 기술된 시스템에 관한 작동 개념의 몇몇 형태를 예시하고 있다. 이상 기체 법칙 하에서는, 유한 양의 기체 입자들의 용량 팽창 크기(ΔV)는 기체 입자들의 총 개수(N)와 기체 입자 하나 당 온도 증분률(ΔT)에 직접 비례한다. 즉, ΔV α N*ΔT이며, 여기서, N은 기체 입자들이 폐공간(closed space) 내에 함유되어 있을 때 일정하다. 따라서, 기체 입자 하나 당 온도 증분률(ΔT)이 미리 정해진 값이고 주어지면, 용량 팽창 크기(ΔV)는 온도가 올라간 기체 입자들의 개수를 결정하도록 사용될 수 있다. 기체 입자들의 개수(N)가 이 기체 입자들이 점유하는 유효 공간 용량을 반영하고 있기 때문에, 유한 양의 기체 입자들의 용량 팽창 크기(ΔV)와 미리 정해진 온도 증분율(ΔT)은 실온에서 상기 기체 입자들의 유효 공간 용량을 결정하도록 사용될 수 있다.
다이어그램(441)을 보면, 용기(404)는 가요성 밀봉부(402)에 의해 밀봉되고 상기 용기는 물질 용량(408)을 가진 액상 또는 고형 물질을 포함하며, 이에 따라 기체 물질을 위해 유효 용량(409)을 둔다(leaving). 실온에서, VB는 유효 공간 용량 값이며 VA는 물질 용량 값이다. 도 442를 보면, 가열 장치(406)는 용기에 미리 정해진 온도(ΔV)의 열(420)을 가한다. 대개 액상 물질과 고형 물질들은 특정 온도 범위 하에서는 실질적으로 안정적인 용량을 가지며 이상 기체 법칙을 따르지 않기 때문에, 물질 용량(408)은 불변 상태로 유지된다. 하지만, 용기(404) 내에 함유된 기체 입자들은 이상 기체 법칙을 따르고, 이에 따라 유효 공간 용량(409)은 VB로부터 VB'로 팽창된다. 그 결과, 가요성 밀봉부(402)는 인장되어 상측 부분(412)을 가진 볼록 표면을 형성한다. 그 뒤, 감지 장치가 인장 거리(411)를 측정할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에 따르면, 프로세서(416)의 메모리는 용기(404)에 대해 특정 유효 공간 용량(409)과 인장 거리(411)를 일치시키는(match) 탐색표(look-up table)를 저장할 수 있다. 용기(404)의 유효 공간 용량(409)을 결정한 후에, 프로세서(416)는, 프로세서(416)의 메모리 내에 저장될 수 있는, 용기(409)의 총 용량으로부터 유효 공간 용량(409)을 차감함으로써 물질 용량을 결정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 프로세서(416)는 용량 팽창 크기 즉 ΔV=VB'-VB를 계산할 수 있으며, 물질 용량(408)과 유효 공간 용량(409)을 결정하기 위해 이상 기체 법칙을 적용시킬 수 있다.
다이어그램(443)은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 MSVM(400)에서 기준 용기(405)의 사용법을 나타내고 있다. 기준 용기(405)는 이 기준 용기(405)가 액상 물질 또는 고형 물질을 함유하고 있지 않다는 사실만 제외하고는 형태와 크기에 있어 용기(404)의 형태와 크기와 동일할 수 있다. 그렇기 때문에, 용기(405)의 유효 공간 용량(409)은 VA와 VB의 합이어야 하며 용기(405)의 물질 용량은 대략 0이어야 한다. 다이어그램(444)을 보면, 가열 장치(406)는 미리 정해진 온도(ΔT)를 가진 열(420)을 기준 용기(405)에 가한다. 유효 공간 용량(409)은 VA+VB으로부터 VA'+VB'로 팽창하고, 가요성 밀봉부(402)를 인장시켜 기준 상측 부분(413)을 가진 볼록 표면을 형성한다. 상기 기준 상측 부분(413)이 최대 용량 팽창 결과이기 때문에, 기준 인장 거리(412)는 그 외의 다른 인장 거리(411)와 비교하기 위한 기준점(reference point)으로서 사용될 수 있다. 이에 따라, 프로세서(416)는 다양한 물질 용량(408)을 가진 용기(404)의 유효 공간 용량(409)을 결정하기 위해 기준 인장 거리(421)에 따른 분율 모델(fractional model)을 사용할 수 있다.
다이어그램(445 및 446)은 미리 정해진 온도(ΔT)를 가진 열(42)을 가할 시에 프로세서(406) 또는 운영자(operator)가 실질적으로 채워진 용기(404)를 즉시 식별할 수 있는 상황을 나타내고 있다. 다이어그램(445)에서, 용기(404)는 실질적으로 액상 물질 또는 고형 물질로 채워지며, 실질적으로는 기체 입자들을 위한 어떠한 공간도 남겨 두지 않는다. 그렇기 때문에, 물질 용량(408)은 심지어 열(420)이 가해지고 난 뒤에도 변하지 않는 VA+VB 값을 가질 수 있다. 다이어그램(446)에 도시된 것과 같이, 가요성 밀봉부(402)는 거의 인장되지 않아서, 상측 부분(411)은 바닫 부분(410)과 거의 같은 위치에 있게 된다. 이에 따라, 인장 거리(411)는 거의 없어서, 운영자 및/또는 프로세서(416)는 용기(404)가 속이 비지 않으며 실질적으로 채워질 수 있는 지를 쉽게 결정할 수 있다.
도 4a와 도 4b에 대해 기술된 MSVM(400)은 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 도 3에 대해 기술된 것과 비슷한 방식으로 사용될 수 있다(deployed). 게다가, MSVM(400)은, 유효 공간 용량(409)을 결정할 때에, 용기(404) 내에 위치된 고형 물질 또는 액상 물질이 있는지 없는지도 결정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 비록, PSVM(100)이 작동 개념 측면에서 MSVM(400)와 상이할 수 있지만, 이들은 단독으로 또는 조합하여 동일한 목적을 수행하도록 사용될 수 있다.
가열 장치(406)가 도 4a와 도 4b의 기준 용기(406)와 용기(404) 내에 있는 기체 입자들의 공간 용량을 팽창시키도록 사용되지만, 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 기준 용기(406)와 용기(404) 내의 기체 입자들의 공간 용량을 수축시키도록 냉각 장치가 사용될 수도 있다. 이상 기체 법칙 하에서, 유한 양의 기체 입자들의 용량 수축 크기(ΔV)는 기체 입자당 온도 증분율(ΔT)과 기체 입자들의 총 개수(N)에 직접 비례한다.
다시 도 4a를 보면, MSVM(400)은 가열 장치(406)를 냉각 장치(460)(도시되지 않음)로 교체할 수 있다. 기체 입자들이 냉각되고 난 뒤 유효 공간 용량(409)이 수축될 때, 가요성 밀봉부(402)는 하부 방향으로 인장되어 뒤집힌 상측 부분(inverse top portion)(416)을 가진 오목 형태(inverse를 형성할 것이다. 감지 장치(414)는 가요성 밀봉부(402)의 바닥 부분(410)으로부터 뒤집힌 상측 부분(416)까지 측정된 뒤집힌 인장 거리(431)를 탐지할 수 있다. 프로세서(416)는 용기(404)의 물질 용량(408)과 유효 공간 용량(409)을 결정하기 위해 위에서 논의된 알고리즘 단계와 과학적 원리를 따를 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따라서 용량 측정용 압력 감지 시스템의 방법 단계들을 예시하고 있는 플로차트이다. 이 방법 단계들은 도 1a 내지 1c에 관한 내용에 관한 것이다. 상기 단계들이 위에서 논의된 내용들과 상이한 용어들을 기술할 수 있지만, 상기 단계들은 앞에서 기술된 내용의 사상과 개념과 일치하는 것이지, 이 사상과 개념과 불일치하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 단계(502)에서, 기준 용량을 가진 기준 용기에 미리 정해진 입력 압력이 가해진다. 단계(504)에서, 기준 용기의 기준 출력 압력이 측정될 수 있다. 단계(506)에서, 미리 정해진 똑같은 입력 압력이 목표 용기(target container)에 다시 가해지는데, 상기 목표 용기는 고형 물질 또는 액상 물질을 포함할 수도 있거나 포함할 수 없다. 단계(508)에서, 목표 용기의 목표 출력 압력이 측정될 수 있다. 단계(510)에서, 목표 출력 압력, 기준 출력 압력 및 기준 용량을 사용하여 목표 용기의 유효 공간 용량이 결정될 수 있다. 단계(512)에서, 목표 용기가 속이 비어 있을 때 기준 용량이 목표 용기의 유효 공간 용량과 실질적으로 같다고 가정하면, 기준 용기의 기준 용량으로부터 목표 용기의 유효 공간 용량을 차감하여 목표 용기의 물질 용량이 결정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 용량 측정용 움직임 감지 시스템의 방법 단계들을 예시하고 있는 플로차트이다. 이 방법 단계들은 도 4a 내지 4b에 관한 내용에 관한 것이다. 상기 단계들이 위에서 논의된 내용들과 상이한 용어들을 기술할 수 있지만, 상기 단계들은 앞에서 기술된 내용의 사상과 개념과 일치하는 것이지, 이 사상과 개념과 불일치하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 단계(602)에서, 가요성 밀봉부를 가지고 공기로 채워진 기준 용기에 열이 가해질 수 있다. 단계(604)에서, 가요성 밀봉부의 기준 상측 부분으로부터 가요성 밀봉부의 바닥 부분까지 기준 인장 거리가 감지될 수 있다. 단계(606)에서, 같은 가요성 밀봉부를 가진 목표 용기에 열이 가해질 수 있다. 단계(608)에서, 가요성 밀봉부의 목표 상측 부분으로부터 가요성 밀봉부의 바닥 부분까지 목표 인장 거리가 감지될 수 있다. 단계(610)에서, 목표 인장 거리와 기준 인장 거리를 사용하여 우선 유효 공간 용량을 결정함으로써 목표 용기의 물질 용량이 결정될 수 있다.
첨부된 도면에서는 특정의 대표적인 구체예들이 기술되고 도시되었지만, 이러한 구체예들은 단지 본 발명을 넓게 예시하려는 것이지 제한하려는 것이 아니며, 또한 본 발명은 본 명세서에서 기술되고 도시된 특정 구성과 장치(arrangements)에 한정하려는 것이 아니기 때문에, 그 외의 다른 다양한 변형예, 조합예, 생략예, 개선예 및 대안예 뿐만 아니라 위에 있는 내용들에 설명된 것이 가능하다. 당업자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고도 위에서 기술된 구체예의 다양한 적용예들과 변형예들이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 청구항들의 범위 내에서, 본 명세서에서 구체적으로 기술된 내용 이외에도 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 용량 측정용 압력 감지 시스템에 있어서,
    상기 시스템은:
    - 밀봉식 접근 포트를 가진 챔버를 포함하며;
    - 상기 밀봉식 접근 포트가 밀봉되었을 때 상기 챔버 내에 함유된 기체 물질에 미리 정해진 압력을 가하여 챔버 용량을 형성하도록 구성된 압력 변경 장치를 포함하고;
    - 상기 밀봉식 접근 포트가 밀봉되었을 때 상기 챔버의 제 1 압력을 측정하고 상기 밀봉식 접근 포트가 개방되었을 때에는 상기 챔버의 제 2 압력을 측정하여 상기 챔버가 상기 밀봉식 접근 포트를 통해 용기에 결합되도록 구성된 압력 감지 장치를 포함하며;
    - 상기 챔버 용량, 제 1 압력, 및 제 2 압력을 사용하여 상기 용기의 유효 공간 용량(available space volume)을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 용기와 상기 챔버의 밀봉식 접근 포트 사이에 결합된 도관(conduit)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 이상 기체 법칙(ideal gas law)을 적용함으로써 상기 유효 공간 용량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 용기 내에 위치된 액상 물질, 고형 물질, 또는 이들의 조합물의 물질 용량(substance volume)을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 용기 내에 위치된 액상 물질, 고형 물질, 또는 이들의 조합물이 있는지 혹은 없는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 변경 장치는 피스톤, 펌프, 또는 히터이며, 상기 압력 감지 장치는 압력 게이지(pressure gauge), 스트레인 게이지(strain gauge), 또는 광섬유 압력 센서인 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 큐벳(cuvette), 마이크로플레이트 웰(microplate well), 또는 테스트 튜브(test tube)인 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  8. 용량 측정용 압력 감지 시스템에 있어서,
    상기 시스템은:
    - 챔버 용량과 개구(opening)를 형성하는 챔버를 포함하며;
    - 챔버 내에 있는 기체 물질에 제 1 압력을 가하도록 구성된 압력 변경 장치를 포함하고, 상기 개구를 통해 상기 챔버에 결합될 때 기준 용량(reference volume)을 가진 기준 용기(reference container)가 기준 압력(reference pressure)을 보유하며, 상기 개구를 통해 상기 챔버에 결합될 때 유효 공간 용량을 가진 용기가 제 2 압력을 보유하고;
    - 상기 기준 용기의 기준 압력과 용기의 제 2 압력을 측정하도록 구성된 압력 감지 장치를 포함하며;
    - 제 2 압력, 기준 압력, 챔버 용량 및 기준 용량을 사용하여 상기 용기의 유효 공간 용량을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 변경 장치는 피스톤, 펌프, 또는 히터이며, 상기 압력 감지 장치는 압력 게이지, 스트레인 게이지, 또는 광섬유 압력 센서이고, 상기 용기는 큐벳, 마이크로플레이트 웰, 또는 테스트 튜브인 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는 이상 기체 법칙을 적용하여 유효 공간 용량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 용기 내에 위치된 액상 물질, 고형 물질, 또는 이들의 조합물의 물질 용량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 용기 내에 위치된 액상 물질, 고형 물질, 또는 이들의 조합물이 있는지 혹은 없는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 기준 용량은 상기 용기가 오직 기체 물질만을 함유하고 있을 때 유효 공간 용량과 동일한 것을 특징으로 하는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
  14. 용량 측정용 움직임 감지 시스템에 있어서,
    상기 시스템은:
    - 개구를 형성하는 용기를 포함하고;
    - 상기 용기의 개구를 밀봉하는 가요성 밀봉부를 포함하며;
    - 상기 용기 내에 함유된 기체 물질에 미리 정해진 온도의 열을 가하도록 구성되어 상기 가요성 밀봉부가 인장되어(stretched) 상측 부분과 바닥 부분을 형성하는 가열 장치를 포함하고;
    - 가요성 밀봉부의 상측 부분으로부터 가요성 밀봉부의 바닥 부분까지 인장 거리(stretch distance)를 탐지하도록 구성된 감지 장치를 포함하며;
    - 미리 정해진 온도와 상기 인장 거리를 사용하여 상기 용기의 유효 공간 용량을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는 용량 측정용 움직임 감지 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가요성 밀봉부는 상기 용기에 고형 물질, 액상 물질, 또는 이들의 조합물로 채워질 때 평평한 형태인 것을 특징으로 하는 용량 측정용 움직임 감지 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 용기 내에 위치된 액상 물질, 고형 물질, 또는 이들의 조합물의 물질 용량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 움직임 감지 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 용기 내에 위치된 액상 물질, 고형 물질, 또는 이들의 조합물이 있는지 혹은 없는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 움직임 감지 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 시스템은 가요성 밀봉부에 의해 밀봉되고 기체 물질로 채워진 기준 용기를 추가로 포함하고, 상기 가열 장치는 상기 기준 용기 내에 함유된 기체 물질에 미리 정해진 온도를 가진 열을 가하도록 구성되어 상기 가요성 밀봉부가 인장되어 기준 상측 부분과 기준 바닥 부분을 형성하며, 상기 감지 장치는 기준 상측 부분으로부터 기준 바닥 부분까지 기준 인장 거리를 탐지하도록 구성되고, 상기 프로세서는 미리 정해진 온도, 인장 거리 및 기준 인장 거리를 사용하여 상기 용기의 유효 공간 용량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 측정용 움직임 감지 시스템.
  19. 용량 측정 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    - 기준 용량을 가진 기준 용기에 미리 정해진 입력 압력을 가하는 단계;
    - 상기 기준 용기의 기준 출력 압력을 측정하는 단계;
    - 상기 미리 정해진 입력 압력을 목표 용기에 가하는 단계;
    - 상기 목표 용기의 목표 출력 압력을 측정하는 단계;
    - 상기 목표 출력 압력, 기준 출력 압력, 및 기준 용량을 사용하여 상기 목표 용기의 유효 공간 용량을 결정하는 단계; 및
    - 상기 기준 용기의 기준 용량으로부터 목표 용기의 유효 공간 용량을 차감하여 목표 용기의 물질 용량을 결정하는 단계를 포함하는 용량 측정 방법.
  20. 용량 측정 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    - 가요성 밀봉부를 가지며 공기로 채워진 기준 용기를 가열하는 단계;
    - 상기 가요성 밀봉부의 기준 상측 부분으로부터 가요성 밀봉부의 바닥 부분까지 기준 인장 거리를 감지하는 단계;
    - 상기 가요성 밀봉부를 가진 목표 용기를 가열하는 단계;
    - 상기 가요성 밀봉부의 목표 상측 부분으로부터 가요성 밀봉부의 바닥 부분까지 목표 인장 거리를 감지하는 단계;
    - 상기 목표 인장 거리와 기준 인장 거리를 사용하여 목표 용기의 물질 용량을 결정하는 단계를 포함하는 용량 측정 방법.
  21. 용량 측정용 압력 감지 시스템에 있어서,
    상기 시스템은:
    - 용기를 포함하며, 상기 용기는 물질 용량과 상기 용기 내에 위치된 공기에 의해 형성된 유효 공간 용량을 가진 총 용량을 형성하고 상기 유효 공간 용량은 상기 용기가 공기로 채워질 때 총 용량에 가깝도록 구성되며;
    - 상기 용기 내에 위치된 공기에 미리 정해진 압력을 가하도록 구성된 압력 변경 장치를 포함하고;
    - 상기 용기 내에 위치된 공기의 목표 압력을 측정하도록 구성된 압력 감지 장치를 포함하며;
    - 미리 정해진 압력에 의해 형성된 용기의 기준 압력과 용기의 총 용량을 저장하기 위한 메모리를 가진 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 총 용량, 기준 압력, 및 용기의 목표 압력을 사용하여 용기의 물질 용량과 유효 공간 용량을 결정하도록 구성되는 용량 측정용 압력 감지 시스템.
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