NO762519L - - Google Patents

Description

Digital temperaturreguleringsanordning.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en temperaturmålingsanordning, særlig for et sentrifugalapparat for behandling av kjemikalier, hvor anordningen er utstyrt med et temperaturføl-somt måleelement og en rotoroppvarmingsanordning.

Et hovedformål med oppfinnelsen er å frembringe for et sen-trif ugalapparat for behandling av kjemikalier en temperaturreguleringsanordning som er av digitaltype og som er innrettet til å holde behandlingsapparatet nært opptil en digitalt spesifisert ønsket temperatur, hvor anordningen omfatter forholds-vis lettilgjengelige komponenter og er stabilt og pålitelig i bruk.

Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe en digital temperaturreguleringsanordning for et apparat for behandling av kjemikalier av den type hvor det anvendes et elektrisk tempera-turovervåkende følerelement som er koplet i en Wheatstone-bro og som avgir et temperatursignal til et digitalt voltmeter og som omfatter anordninger for å holde apparatet på en spesifisert digital temperatur ved energisering av en oppvarmingsanordning i tidsrom som er avhengig av differansen mellom den spesifiserte temperatur og den påviste temperatur, idet reguleringsanordningen er innrettet til å unnlate å energisere oppvarmingsanordningen dersom den påviste temperatur er høyere enn den spesifiserte temperatur, dersom digital-voltmeteret er defekt eller dersom føler-elementet er åpent eller kortsluttet.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å frembringe en digital temperaturreguleringsanordning for et apparat for behandling av kjemikalier, hvor behandlingsapparatet blir holdt nært opptil en spesifisert digital temperatur som er innført i systemet via et nøkkelpanel og hvor det anvendes en oppvarmingsanordning for heving av behandlingsapparatets temperatur med en driftssyklus som er avhengig av differansen mellom den spe sifiserte temperatur og den øyeblikkelige, påviste temperatur i behandlingsapparatet.

Enda et formål med oppfinnelsen er å frembringe en digital temperaturreguleringsanordning for et apparat for behandling av kjemikalier, hvor anordningen frembringer digital avlesning av den aktuelle temperatur i behandlingsapparatet og selv-regulering til en spesifisert, ønsket temperatur som er inn-ført i enheten av et nøkkelpanel, idet reguleringsanordningen omfatter organer for å unnlate regulering dersom deler av anordningen blir defekt eller dersom temperaturen i behandlingsapparatet ligger over arbeidstemperaturområdet og det i anordningen anvendes en regnemaskin for å fremskaffe et driftssyklus-styresignal i overensstemmelse med differansen mellom den spesifiserte, ønskete temperatur og den aktuelle, digitale temperatur i behandlingsapparatet, idet driftssyklus-styresignalet benyttes for energisering av en oppvarmingsanordning i behandlingsapparatet og det i reguleringsanordningen anvendes forholds-vis enkle komponenter som hurtig registrerer abnormiteter i drift og som reagerer hurtig på disse slik at energisering av opp-varmingsanordnmgen unngås.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et blokkdiagram av en temperaturreguleringsanordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk et blokkdiagram av overtemperatur av en del av anordningen ifølge fig. 1, for påvisning av feil. Fig. 3 viser et skjematisk blokkdiagram av driftssyklus-styreanordningen i anordningen ifølge fig. 1. Fig. 4 viser diagrammer som viser ulike typiske driftssyklus-styresignaler som kan oppnås fra driftssyklus-styre-anordningen i fig. 3. Fig. 5 viser et diagram som viser en del av det digitale voltmeters klemmestrimmel i forbindelse med dets indikatorpanel og viser dessuten forbindelsene til andre deler av systemet i fig. 1.

Et viktig trekk ved den foreliggende oppfinnelse er anvend-elsen av en hensiktsmessig programmert regnemaskinfunksjon bestemt av spesifikke forsøksbetingelser (som omfatter fysikalske og kjemiske egenskaper for reagenser og prøver som anvendes i en analyse) i et sentrifugalapparat for behandling av kjemi kalier, for å regulere hastigheten hvormed den ønskete temperatur skal oppnås i et forsøksområde når den aktuelle temperatur avviker fra den ønskete temperatur, for å unngå passering av den ønskete temperatur eller interferensvirkninger forårsaket av at reagensene eller prøvene utsettes for hurtig for tilført varme og for å unngå for mye temperaturvariasjoner i de sentri-fugerte reagenser og prøver. Ifølge den foreliggende oppfinnelse tar man sikte på å oppnå den ønskete temperatur med en hastig-het som er en hensiktsmessig programmert funksjon av differansen mellom den ønskete temperatur og den målte temperatur i forsøks-området. Denne funksjon er programmerbar avhengig av de ventete fysikalske faktorer og av de anvendte reagensers og prøvers fysikalske og kjemiske egenskaper.

Tegningene viser skjematisk et apparat 11 for sentrifugal-behandling av kjemikalier av tilsvarende type som "Rotochem" som fremstilles av American Instrument Co., Inc. Silver Spring, Maryland. I dette apparat anvendes det en dreiende beholder hvori kjemiske reaksjoner utføres og studeres optisk, idet reaksjonene foregår ved spesifikke temperaturer og analysene utføres ved spesifikke bølgelengder. Det er derfor meget viktig å fremskaffe nøyaktig og pålitelig måling av temperaturen i den dreiende reaksjonsbeholder. For dette formål er det på rotoren anbrakt en oppvarmingsanordning 12, som er vist skjematisk i fig. 1, og et temperaturavfølingselement, såsom en termistor 13, anvendes for måling av temperaturen. Egnete dreibare til-koplingsanordninger, såsom samvirkende kontaktbørster og slepe-ringer er anordnet for å forbinde elementene 12 og 13 med deres tilhørende eksterne kretser.

Termistoren 13 er koplet via en børste- og sleperingtilkoplingsanordning 15 slik at den utgjør en arm i en Wheat-stonetemperatur-bro 14. Den temperaturregulerende oppvarmingsanordning 12 er via en børste- og sleperingtilkoplingsanordning koplet til en egnet strømkilde 17 via et fast regulert relé 18 som energiseres for å gjøre det ledende på en måte som vil bli beskrevet nedenfor.

Broens 14 utgang er forbundet med et digitalt voltmeters 20 inngang 19, tilsvarende Model AD2006, fremstilt av Analog Devices, Route 1 Industrial Park, Norwood, Mass. Dette digitale voltmeter har et digitalt avlesningspanel 21 (fig. 5) som angir en digital avlesning av en aktuell rotortemperatur T , og har en klemmestrimmel 22 som gir adgang til de binære data som frembringer denne avlesning og til andre driftsdata som kan genereres, såsom feil signalpolaritet ved det digitale voltmeters inngang, data over området overbelastning eller andre data som antyder unormale betingelser. -

Temperaturen i behandlingsapparetet for kjemikalier må holdes på en temperatur i et område med en bestemt øvre grense, f.eks. 4 0°C. De binære temperaturdata i området er tilgjengelige ved klemmestrimmelen 22 ved hjelp av forbindelse til egnete, tilsvarende klemmer hos denne via ledninger 23, som er vist i fig. 5 og som danner en utgangskanal 24 . Data for unormale tilstander ("forbudte signaler") er tilgjengelige på klemmestrimmelen 22 ved hjelp av forbindelser til tilhørende klemmer på denne via ledninger 25, hvorved det dannes en utgangskanal 26. Den ønskete digitale temperatur TQi området velges ved hjelp av en nøkkelpanelstyrt anordning 27, og de binære signaler som tilsvarer denne ønskete digitale temperatur T^føres via ledninger som danner en utgangskanal 28 slik som er vist i fig. 1.

De binære signaldata for T^(den aktuelle temperatur) i kanalen 24 og de binære signaldata for T^(ønsket temperatur)

i kanalen 28 tilføres til en regnemaskin 29 som er programmert slik at den ut fra disse data utleder binære data som definerer en egnet driftssyklus f(T -T._) for oppvarmingsanordningen i overensstemmelse med differansen mellom den ønskete temperatur T^

og den aktuelle, målte temperatur T^, og disse binære data til-føres til regnemaskinens 29 utgang ved hjelp av ledninger 30

(fig. 3) som danner en utgangskanal 31 for regnemaskinen.

Regnemaskinens utgangsfunksjon f(T^-T^) tilføres i binær form til en driftssyklus-styreanordning 32 som er vist i fig. 3. Reguleringsanordningen 32 omfatter en konvensjonell lavfrekvent multivibratorkrets med en drivoscillator 3 3 som samvirker med en permanent deler 34 og en signalstyrt, programmerbar frekvens-delerseksjon 35 som danner en utgangspuls 37 som har en bredde som er et digitalt multiplum av fraksjonssegmenter av en grunn-puls 36 (fig. 4). Den permanente deler 34 bestemmer frekvens-divisjonsnevneren og fremskaffer også tilbakestillingsvirkning for hver pulssyklus. I det foreliggende tilfelle er nevneren 15 (maksimal binær telling 8+4+2+1), og den programmerbare delerseksjon velger pulssegmentmultiplummet i overensstemmelse med den binære inngangsfunksjon f(TD~TA). Dersom f.eks. f(TD-TA) representerer talltegnet "2" (et binært signal 0010 tilført av inngangsledningene 30) vil delerutgangspulsen ved 38 ha en bredde som er lik 2/15 av grunnpulsen 36, eller 13,3% av denne. Dette frembringer en styrepuls ved 38 som representerer en driftssyklus på 13,3%. Driftssyklus-pulsbreddene vil derfore være digitale multipla på 1/15 av grunnpulsens 36 bredde i overensstemmelse med forskjellige digitale verdier av funksjonen f(T^-T^). Når TD°g TA er like'vil f (Td~TA^ være nul1/0,3 gi en driftssyklus på null, slik som vist ved 3 9 i fig. 4.

Driftssykluspulsen ved 38 anvendes for innkopling av det fast innstilte relé 18 i en innkoplingstid pr. syklus som er avhengig av f(T-T ).Denne driftspuls tilføres til reléets 18

J-S X"l

portelektrode via en overtemperatur- og feilindikatoranordning 40 som er vist i detalj i fig. 2.

Som vist i fig. 2 tilføres driftssyklussignalet via ledningen 38 til den ene inngang av en AND-port 41 med to innganger. Når AND-porten 41 mottar et "l"-signal ved sin andre inngang, som vist ved 42, leder porten i driftssyklusens innkoplingsperiode. Portens 41 utgang er ved 4 3 koplet til basis i en strømbrytings-transistor 44 som er innkoplet mellom ledningen 43 og releets 18 portelektrode. Reléet er derfor innkoplet _ i drifjts_syk_lusens__ innkoplingsperiode og energiserer oppvarmingsanordningen 12 i dette tidsrom.

"l"-signalet ved 42 dannes fra utgangen i en OR-port 45 med to innganger via en vekselretter 46. OR-porten 45 er utstyrt med to inngangsledninger 47 og 48. Ledningen 4 7 er utgangsled-ningen for en multiinngangs-OR-port 49. Ledningene 23 med de binære data for temperaturen T^er forbundet med respektive innganger for porten 49 via vekselrettere 50. Når normale binære temperaturdatasignaler (omfattende minst ett "l"-signal) via. ledningene 23 tilføres til AND-porten 49, vil porten tilføre et åpnende "V-signal til ledningen 47. Når det er en feil med de inngående binære temperaturdatasignaler, dvs. når de alle. er "0", vil porten frembringe et hindrende "l"-signal til ledningen 47. Et hindrende "l"-signal ved 47 vil frembringe et inhiberende "0"-signal i ledningen 42, og transistoren 44 vil ikke bli satt i funksjon.

Dersom det foreligger "forbudte" signaler (feil polaritet over området etc.) tilføres disse til inngangene i en multiinngangs-OR-port 51 via ledningene 25. Nærværet av ethvert forbudt "l"-signal i inngangsledningene 23 vil danne en hindrende "0" ved AND-portinngangen .42 og vil hindre at transistoren 44 settes i funksjon.

Vanligvis fører begge ledninger 47 og 48 åpningssignaler "0", noe som frembringer et åpningssignal "1" i ledningen 42, noe som gjør det mulig for "AND"-porten 41 å overføre nytte-syklus-styresignalet fra ledningen 38 til strømbrytingstransis-toren 44. I nærvær av et "l"-sperresignal i en av ledningene 47 og 48 vil ledningen 42 motta et sperresignal "0" og vil hindre at reléet 18 blir koplet inn.

Dersom således termistoren 13 er åpen eller kortsluttet eller det foreligger andre unormale tilstander i systemet på grunn av andre feil eller mangler ved komponentene, vil de binære data som fremkommer derav hindre ytterligere energisering av oppvarmingsanordningen 12 og derved hindre varmeskade av systemet eller materialet som analyseres.

Det digitale voltmeter 20 og Whetstonetemperatur-broen 14 benytter fortrinnsvis samme referansespenning slik at forand-ringer i referansespenning ikke påvirker voltmeteravlesningene. Broen er fortrinnsvis utformet slik at dens avgitte effekt i volt er lik 1/100' av temperaturen i °C for å gjøre angivelse lettvint-ere i det spesifiserte temperaturområde.

Regnemaskinen 29 er av konvensjonell, programmerbar type og kan omfatte en egnet skriveranordning for å fremskaffe en digital nedtegning av den aktuelle temperatur i forhold til tiden.

Den digitale, nøkkelpanelstyrte anordning 27 gjør det mulig for operatøren å forandre den ønskete temperatur TQved diriger-ing av nøkkelpanelet. Det digitale avlesningspanel 21 for det digitale voltmeter gir en kontinuerlig digital angivelse av den aktuelle temperatur i reaksjonsområdet og gjør det derved mulig for operatøren å overvåke temperaturen under det kjemiske forsøk. Ifølge en typisk utførelsesform, var området 20-40°C med avlesning på 0,1°C.

Regnemaskinen 29 er hensiktsmessig programmert, avhengig av de ventede fysikalske betingelser under forsøket og av de fysikalske og kjemiske egenskaper hos reagensene og prøvene som anvendes, for å begrense oppvarmingsanordningens 12 driftssyklus slik at det unngås for sterk økning av temperaturen, interferensvirkninger forårsaket av at reagensene eller prøvene utsettes for hurtig varmepåvirkning for store temperaturvariasjoner overfor bestanddelene som er involvert i forsøkene. Idet regnemaskinens 29 program kan forandres hurtig, kan apparatet anvendes med gode resultat til undersøkelser av stoffer som har meget forskjellige fysikalske og kjemiske egenskaper.

Selv om en bestemt utførelsesform av temperaturregulerings-anordningen i et sentrifugalapparat for behandling av kjemi-

kalier er blitt beskrevet ovenfor, vil en fagmann på området kunne foreta forskjellige modifikasjoner innenfor rammen av oppfinnelsen. Oppfinnelsen skal derfor ikké være begrenset på annen måte enn av den avgrensning som er gitt av rammen for de etter-følgende krav.

Claims (10)

1. Apparat for behandling av kjemikalier, karakterisert ved at det omfatter en temperaturreguleringsanordning som omfatter en oppvarmingsanordning, en elektrisk energikilde, en kretsanordning som omfatter en reléanordning som forbinder energikilden med oppvarmingsanordningen, en temperaturmålingsanordning som omfatter en temperaturføler i apparatet hvilken genererer et signal som svarer til den aktuelle temperatur, en temperaturordreanordning som frembringer et ordresignal som svarer til en viss, ønsket temperatur, en programmerbar regnemaskin som er anordnet mellom målingsanordningen og ordreanordningen og som genererer et styresignal som er en programmert funksjon av differansen mellom den ønskete temperatur og den aktuelle temperatur, samt en anordning som driver reléanordningen avhengig av styresignalet for styring av til-førselen av energi til oppvarmingsanordningen og avpasse til-førselen av energi etter den programmerte funksjon.

2. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved en anordning for inhibering av driften av reléanordningen avhengig av et signal for den aktuelle temperatur som svarer til en verdi over én forutbestemt grense.

3. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved en anordning for inhibering av driften av reléanordningen avhengig av fravær av signalet for den aktuelle temperatur.

4. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved en temperaturangivelsesanordning som er forbundet med målingsanordningen. og som er utstyrt med en anordning som er innrettet til å danne et utgangssignal som svarer til den aktuelle temperatur, og ved at regnemaskinen er innkoplet mellom angiv-elsesanordningens utgang og ordreanordningen.

5. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved at temperaturangivelsesanordningen omfatter et digitalt voltmeter og at utgangssignalet er i binær form, samt at ordre- signalet likeledes er i binær form.

6. Apparat i samsvar med krav 5, karakterisert v e d at det digitale voltmeter omfatter et kontaktorgan for til-førsel av utgangssignalene og en anordning for tilførsel av ytterligere signaler som representerer unormale betingelser i systemet, og at apparatet omfatter en anordning som er innrettet til å hindre virkning av releet som reaksjon på nærværet av et av de ytterligere signaler eller på fraværet av utgangssignalene for den aktuelle temperatur.

7. Apparat i samsvar med krav 6, karakterisert ved at den hindrende anordning omfatter en første OR-port som er innrettet til å oppta de digitale signaler, en første AND-port som omfatter respektive vekselrettere ved dens innganger som mottar binære signaler for de aktuelle temperaturer, en andre OR-port som er innrettet til å motta avgitt effekt fra den første OR-port og den første AND-port og som er utstyrt med en vekselretter ved sine utganger, en driftssyklus-styreanordning som er innrettet til å motta avgitt effekt fra regnemaskinen, en andre AND-port som er innrettet til å motta invers avgitt effekt fra den andre OR-port og avgitt effekt fra driftssyklus-styreanordningen, samt en anordning som forbinder den andre OR-ports utgang med reléanordningen.

8. Apparat i samsvar med krav 7, karakterisert ved at reléanordningen omfatter et fast innstilt relé, og at kretsanordningen omfatter en brytertransistor som er koplet mellom den andre AND-ports utgang og portelektroden i det fast innstilte relé.

9. Apparat i samsvar med krav 7, karakterisert ved at det er av sentrifugetype med en rotor som omfatter en behandlingsbeholder, og at oppvarmingsanordningen og tempera-turføleren er anordnet på rotoren.

10. Apparat i samsvar med krav 9, karakterisert ved at temperaturfø leren omfatter en termistor, og at tem-peraturmålingsanordningen omfatter en Wheatstone-bro hvor termistoren danner en av broens armer.