WO2017067734A1 - Verfahren und vorrichtung zum detektieren einer flüssigkeitskontaktierung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum detektieren einer flüssigkeitskontaktierung Download PDF

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Werner Hinn
Lars Kamm
David KRESS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1009—Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
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    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1009—Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
    • G01N2035/1025—Fluid level sensing

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for detecting a liquid contacting a probe with a liquid in a liquid container.
  • Phase boundary is used both for transitions between gaseous and liquid media (gas-liquid phase boundary) and for transitions between different liquid media (foam-liquid phase boundary). Especially when it comes to the automation of measuring or
  • level detection is typically carried out by means of a detection of the liquid level, ie it is the position of the phase boundary determined between air and liquid. This process is also known as Liquid Level Detection (LLD).
  • LLD Liquid Level Detection
  • the pipetting needle when aspirating with a pipette, the pipetting needle should be immersed as little as possible in the liquid to be pipetted, in order to keep contamination of the outside with sample liquid as low as possible. When aspirated the pipetting needle is therefore typically immersed only a few millimeters below the liquid level. However, it must be ensured that the pipetting needle is sufficiently immersed so that no air can be sucked in. During the suction process is the
  • Pipette needle then continuously tracked the sinking liquid level so that it always remains the same depth in relation to the liquid level. After aspiration, e.g. Based on the aspirated volume and the cross-sectional area of the liquid container are calculated at what level should be the gas-liquid phase boundary. When dipping the pipette tip, an exchange signal with the calculated position of the gas-liquid phase boundary can be compared, so as to
  • Pipetting tip must be precisely positioned. For this it is extremely important to be able to detect the liquid surface correctly.
  • Fig. 1 shows a schematic illustration of a capacitive
  • the deliverable sensor 3 is supplied with an input signal Sin (t).
  • the input signal Sin (t) is here by a
  • Input signal generator E provided.
  • the deliverable sensor 3 is shown in three different positions a), b) and c). With B the delivery movement is designated. In position a), the sensor 3 is located far above the liquid 1. In position b), it has approached the liquid 1. A situation shortly after touching the liquid 1 is indicated by c). Upon reaching the position c) results in a capacity jump on the sensor 3, by the
  • Measuring device M can be evaluated.
  • the ⁇ Measuring device M can be evaluated. For this purpose, the ⁇
  • Measuring device M the output signal s ou t (t).
  • the reliability of detecting the liquid surface with the known methods is not satisfactory in some cases. This concerns in particular devices in which a plurality of liquid containers with the respective sensors are arranged side by side, since it is here to
  • Fig. 2A shows a corresponding schematic illustration of a multi-channel device (here two adjacent channels are shown), each with an individually detectable probe 3.1 or 3.2 and with one each
  • Liquid container 5.1 or 5.2 which is filled with liquid 1.1 or 1.2.
  • the wiring of the device corresponds to the circuit of FIG. 1.
  • Each channel has its own input signal generator E. l or E.2 and a separate measuring device M. l or M.2.
  • the first sensor 3, 1 of the first channel is fed from the input signal generator E.l with a first input signal Sini (t) and the second sensor 3.2 of the second channel is fed from the input signal generator E.2 with a second input signal s, n2 (t) ,
  • the first measuring device M. l of the first channel evaluates the first output signal s ou ti (t).
  • the second measuring device M.2 of the second channel evaluates the second one
  • Crosstalk capacity Cx symbolizes, which is arranged here in a purely schematic form between the measuring devices M. l and M.2.
  • Fig. 2B shows a corresponding schematic illustration of another multi-channel device (two adjacent channels are shown here). This device is based on the principle shown in Fig. 1. Unlike in FIG. 2A, however, both channels of only one input signal generator E are supplied with the input signal Sin (t).
  • FIG. 2C a schematic equivalent circuit diagram of the device of Fig. 2B is shown. Here serves an AC generator G as
  • Input signal generator E which feeds both channels with the input signal Sin (t).
  • AC generator G generates a sinusoidal
  • These sensors 3.1, 3.2 each have a capacitance C.l or C.2 to ground in this strongly schematized equivalent circuit.
  • the output signal s ou ti (t) of the first channel can, as shown schematically, be tapped on the first sensor 3.1.
  • the output signal s ou t2 (t) of the second channel is tapped accordingly at the second sensor 3.2.
  • Fig. 2B the respective
  • FIG. 2C a circuit branch is shown to the left of the first channel, which has a switch SW and a capacitor CA.
  • Circuit branch is intended to symbolize what happens when the first sensor 3.1 touches the liquid 1.1 in the container 5.1. At this moment, there will be a sudden change in the total capacity (the total capacity of the 3.1 sensor will increase). This is represented here by the connection of the parallel capacitance CA.
  • the crosstalk already mentioned is also represented in FIG. 2C by the crosstalk capacitance Cx.
  • the capacitance C. l forms with the resistor R. l a first voltage divider and the capacitance C.2 forms with the resistor R.2 a second voltage divider.
  • the respective output voltages s ou ti (t) and s ou t2 (t) can be tapped at these two voltage dividers.
  • the crosstalk can not only the achievable crosstalk
  • Another object of the invention is to provide
  • the above-identified technical object of the invention is achieved by a method adapted for use in a multichannel device with capacitive measuring device, the device comprising, per channel, a deliverable probe and a liquid container.
  • the method comprises the following steps: a. Performing a feed movement with a first one of the probes;
  • first input signal and the second input signal are kept synchronous and constant so as to prevent the occurrence of a voltage difference between the first sensor and the second sensor or to reduce the voltage difference.
  • the most important advantage of the invention is that no crosstalk or only a slight crosstalk between two channels of a multi-channel device can occur. As a result, detection of even low-conductivity liquids or of small ones is advantageously carried out
  • Fig. 1 shows a schematic illustration of a known capacitive
  • FIG. 2A shows a schematic illustration of a first multi-channel
  • Fig. 2B shows a schematic illustration of a second multi-channel
  • Fig. 2C is a schematic equivalent circuit diagram of the device of Fig. 2B;
  • Fig. 3 shows a schematic equivalent circuit diagram of a first device according to the invention
  • Fig. 4 shows a schematic equivalent circuit diagram of a second device according to the invention
  • Fig. 5 shows a schematic equivalent circuit diagram of a third device according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
  • assemblies and items of the various embodiments combine, respectively, respectively, the assemblies and items of individual embodiments can be replaced by the assemblies and items of other embodiments.
  • the combinations formed in this case can be smaller, familiar to any person skilled in the art and therefore not further described
  • Adjustments require, for example, a collaboration or
  • phase boundary is used for boundaries between two or more media that have different dielectric constants and / or conductivities. Specifically, it is about gas-liquid phase boundaries. However, the invention can also be applied to liquid-liquid and to gas-foam or foam-liquid phase boundaries.
  • module is used here to describe a functional group that is implemented in hardware, software or as a combination of hardware and software.
  • crosstalk is used here to describe a form of electrical crosstalk, in which a signal change, for example, a first signal (eg, the output s ou ti (t)) a
  • a second signal for example, the output signal Sout2 (t)
  • crosstalk here stands for the unwanted unilateral or mutual influencing of signals of a device 100.
  • it concerns the one-sided or mutual influencing of output signals of adjacent (circuit) channels whose output signals are independent of each other without crosstalk.
  • the inventive device 100 is an element or a
  • one device may include multiple identical devices 100 or multiple different devices 100.
  • the method according to the invention is preferably in all embodiments for detecting an air-liquid phase boundary by means of a probe 3 (for example a pipette acting as a probe) in one
  • Liquid container 5 designed.
  • pipettes whereby other (pipette) tips, needles, tubes and the like are suitable as sensors 3 and can be used in the context of the invention in all embodiments.
  • Embodiments describe a downward or an upward movement of the sensor 3 in the liquid container 5.
  • Embodiments uses a pipette 3, which is deliverable in the direction of the liquid 1 in the liquid container 5.
  • Fig. 3 shows a schematic circuit diagram of a first embodiment of a device 100 according to the present invention. This circuit diagram is based on the arrangement on the
  • Fig. 3 is a schematic equivalent circuit diagram of a
  • Device 100 serves a
  • the AC generator G as input signal generator E, the two adjacent channels with a common input signal s in (t) feeds.
  • the AC voltage generator G generates here, for example, a sinusoidal input signal Sin (t), via a first compensation circuit CT. l to the first sensor 3.1 and via a second compensation circuit CT.2 to the second sensor 3.2 passes.
  • Replacement circuit each one capacity C. l or C.2 to ground.
  • An output signal Souti (t) of the first channel can, as shown schematically, be tapped on the first sensor 3.1.
  • An output signal s ou t2 (t) of the second channel can be tapped accordingly at the second sensor 3.2.
  • Fig. 3 is - as already shown in Fig. 2C - left of the first channel, a circuit branch shown having a switch SW and a capacitor CA. This circuit branch is intended to symbolize what happens when the first sensor 3.1 touches the liquid 1.1 in the container 5.1. At this moment a sudden change of the total capacity (the
  • Crosstalk is also shown in Fig. 3 by the parasitic crosstalk capacitance Cx.
  • each of the two compensation circuits comprises CT. l and CT.2 in all embodiments a circuit engineering
  • Input signal s in 2 (t) synchronous and constant. As shown in FIG. 3 are shown at the two
  • Compensation circuits CT. l and CT.2 outputs 6.1 and 6.2 provided. At these outputs, the output signals Si (t) and S2 (t) are provided. Unlike in FIG. 2C, in connection with the detection of
  • Capacitance jump is after a brief settling on the output signal si (t) of the compensation circuit CT. l visible.
  • Compensation circuit CT.2 remains unchanged. Specifically, it only shows a short disturbance.
  • the sine amplitude (if the generator G specifies a sine signal) of the output signal s 2 (t) does not change even if a phase boundary is detected at the adjacent channel.
  • the two compensation circuits CT. l and CT.2 are designed in all embodiments and arranged in the supply branch of the sensors 3.1 and 3.2 that the voltages Sini (t) and Si n2 (t) do not change at the two sensors 3.1 and 3.2 when connecting the parallel capacitance CA. , Both voltages and signals s ou ti (t) and s 0 ut 2 (t) remain the same size. This ensures that there is no voltage difference at the crosstalk capacitance Cx. That is, no current flows through the crosstalk capacity Cx. This is equivalent to the fact that no crosstalk between the two channels takes place.
  • the compensation circuits are CT. l and CT.2 in all embodiments are designed to actively control the first input signal s in i (t) and the second input signal Si n2 (t). That is, concretely, the first input signal Sini (t) and the second input signal Si n2 (t) become the
  • Input signal Sin (t) tracked here, for example, the form of a
  • each of the two compensation circuits comprises CT. l and CT.2 in all embodiments a control loop, or a closed loop. - -
  • FIG. 4 details of a preferred embodiment of the invention are shown.
  • the circuit construction is comparable to that of FIG. 3. In the following, therefore, only the essential differences will be discussed. Otherwise, reference is made to the description of FIG. 3.
  • Each of the compensation circuits CT. I and CT.2 may in all embodiments of the invention the following elements or modules
  • the mentioned return paths 8.1 and 8.2 start after the respective resistor Rl or R2. They connect the output A. l with the inverting input (denoted by "-") of the amplifier 7.1 and the output A.2 with the
  • the corresponding outputs 6.1 and 6.2 are provided.
  • the input signal s in i (t) and at the output A.2 the input signal s in 2 (t) is provided. These signals feed the respective sensor 3.1 or 3.2.
  • so-called (operational) transconductance amplifiers are used as amplifiers 7.1 and 7.2
  • Operational amplifier 7.1 and 7.2 begins, as shown in Fig. 4, then these amplifiers 7.1, 7.2 due to the feedback (through the return paths 8.1 and 8.2) capacitively loaded at the respective inverting input. This can lead to a shift of current and voltage what the
  • transconductance amplifier has a high-impedance current output. Such transconductance amplifiers are therefore more suitable for driving a capacitive load (as is the case here). Particularly suitable are transconductance amplifier with
  • differential input transconductance amplifiers are referred to herein as differential or operational transconductance amplifiers (OTAs).
  • OTAs differential or operational transconductance amplifiers
  • Single-input amplifier simply as a transconductance amplifier (TK).
  • compensation circuits CT are used in all embodiments. 1 and CT.2 according to FIG. 4, OTAs serving as amplifiers 7.1 and 7.2.
  • each of the compensation circuits comprises CT. 1 and CT.2 a differential input differential stage which feeds a transconductance amplifier.
  • FIG. 5 the equivalent circuit diagram of a corresponding device 100 of the invention is shown. The structure is in turn similar to the drawings already described. Reference is therefore made to the corresponding description.
  • Operational amplifier OA1 or OA2 sits a transconductance amplifier TKl or TK2.
  • a signal is tapped at the respective output 10.1 or 10.2, which is used for the actual detection of a phase boundary.
  • the corresponding tapping points or lines are designated in FIG. 5 by 6.1 or 6.2.
  • all embodiments of the invention include per channel an operational amplifier OA1 and OA2 and a
  • Transconductance amplifiers TKl and TK2 comprise an output circuit 9.1 and 9.2, respectively, as shown in FIG. These output circuits 9.1 and 9.2 are designed for the signal which is at the respective output 10.1 or 10.2
  • Output circuits 9.1 and 9.2 preferably an amplifier followed by a demodulator. With appropriate design of the amplifier and the - -
  • Demodulators can read the signals Si (t) and s 2 (t) with an analog-to-digital converter and process.
  • the compensation circuits CT.l and CT.2 may also comprise voltage-controlled current sources which are constructed discretely or integrated from standard components.
  • the amplitude of the signals Si (t) and s 2 (t) is preferably evaluated in all embodiments. If a jump of the amplitude is detected, which is greater than a threshold value, then a successful detection of a phase boundary is to be assumed.
  • all embodiments of the invention comprise a line with ground shield to the output A.l or A.2 with the
  • Embodiments e.g. an alternating voltage in the form of others
  • Compensation circuits CT.l or CT.2 is applied to the sensor 3.1 or 3.2, the output signal si (t) of the first sensor 3.1 and the
  • Measuring devices Ml or M.2 processed / evaluated to a - -
  • the invention is preferably based on multi-channel
  • Input signal generator E first input signal generator E. l second input signal generator E.2
  • Measuring device / assembly M first measuring device / assembly M.l second measuring device / assembly M.2 first resistor R. l second resistor R.2 first resistor Rl second resistor R2
  • Liquid container 5 first liquid container 5.1 second liquid container 5.2 first output 6.1 second output 6.2 first amplifier 7.1 second amplifier 7.2 first return path (feedback) 8.1 second return path (feedback) 8.2 first output circuit 9.1 second output circuit 9.2 first output 10.1 second output 10.2

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Abstract

Vorrichtung (100) mit mehreren kapazitiv arbeitenden Kanälen, wobei die Vorrichtung (100) pro Kanal einen zustellbaren Fühler (3.1, 3.2) und einen Flüssigkeitsbehälter umfasst. Die Vorrichtung (100) umfasst weiterhin einen Generator (G) zum Bereitstellen eines periodischen Eingangssignals (s,in(t)). Ausserdem umfasst die Vorrichtung (100) pro Kanal eine Kompensationsschaltung (CT. l, CT.2), die mit dem periodischen Eingangssignal (Sin(t)) speisbar ist und die dazu ausgelegt ist an einem ersten Ausgang (A. l, A.2) ein Eingangssignal (Sin1(t), Sin2(t)) zum Anlegen an den Fühler (3.1, 3.2) des Kanals bereit zu stellen, wobei die Kompensationsschaltung (CT. l, CT.2) einen weiteren Ausgang (6.1, 6.2) umfasst, der dazu ausgelegt ist ein Signal (s1(t), s2(t)) bereit zu stellen, das zum Erkennen einer Phasengrenze auswertbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Detektie
Flüssigkeitskontaktierung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren einer Flüssigkeitskontaktierung eines Fühlers mit einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[0002] Es gibt zahlreiche Laborsysteme und medizinische, sowie
pharmazeutische Geräte, die präzise Pipettieroperationen erfordern, um zufriedenstellende analytische Genauigkeit zu erhalten. Dafür muss der Füllstand in Reagenzgläsern, Titerplatten und anderen Flüssigkeitsbehältern genau ermittelt werden. Es gibt auch Anwendungen, bei denen es um die Detektion von Schaum-Flüssig-Phasengrenzen geht. Im Folgenden wird der Begriff der
Phasengrenze sowohl für Übergänge zwischen gasförmigen und flüssigen Medien (Gas-Flüssig-Phasengrenze) als auch für Übergänge zwischen verschiedenen flüssigen Medien (Schaum-Flüssig-Phasengrenze) verwendet. [0003] Besonders wenn es um die Automation von Mess- oder
Versuchsabläufen geht, ist eine solche Ermittlung der Phasengrenze von
Bedeutung. Die sogenannte Füllstandsermittlung erfolgt typischerweise mittels einer Detektion des Flüssigkeitsniveaus, d.h. es wird die Lage der Phasengrenze zwischen Luft und Flüssigkeit ermittelt. Dieser Vorgang wird auch als„Liquid Level Detection" (LLD) bezeichnet.
[0004] Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur
Füllstandsermittlung bekannt, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien basieren, wie z.B. die Detektion des von der Oberfläche der Flüssigkeit
reflektierten Lichts, oder die Messung elektrischer Eigenschaften der Pipetten, wenn sie in Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht werden. Da ein Gas und eine Flüssigkeit deutlich unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten besitzen, kann die Gas-Flüssig-Phasengrenze auch über eine Kapazitätsänderung bestimmt werden. [0005] Die Liquid Level Detection kommt z.B. in Pipettiergeräten zum Einsatz. Hier soll beim Ansaugen mit einer Pipette die Pipettiernadel so gering wie möglich in die zu pipettierende Flüssigkeit eingetaucht werden, um eine Verschmutzung der Aussenseite mit Probenflüssigkeit so gering wie möglich zu halten. Beim Ansaugen wird die Pipettiernadel deshalb typischerweise nur wenige Millimeter unter das Flüssigkeitsniveau eingetaucht. Es muss aber sichergestellt werden, dass die Pipettiernadel ausreichend weit eingetaucht ist, damit keine Luft angesaugt werden kann. Während des Ansaugvorganges wird die
Pipettiernadel dann kontinuierlich dem absinkenden Flüssigkeitsspiegel nachgeführt, damit sie immer gleich tief in Bezug zum Flüssigkeitsniveau eingetaucht bleibt. Nach dem Ansaugen kann z.B. anhand des angesaugten Volumens und der Querschnittsfläche des Flüssigkeitsbehälters berechnet werden, auf welcher Höhe sich die Gas-Flüssig-Phasengrenze befinden sollte. Beim Austauchen der Pipettenspitze kann ein Austauchsignal mit der errechneten Position der Gas-Flüssig-Phasengrenze verglichen werden, um so den
Pipettiervorgang zu verifizieren.
[0006] Einerseits ist also wünschenswert, die Pipettierspitze knapp unter der Flüssigkeitsoberfläche zu positionieren, anderseits kann der Füllstand von einem Flüssigkeitsbehälter zu einem anderen stark variieren, weshalb die
Pipettierspitze präzise positionierbar sein muss. Dafür ist es äusserst wichtig, die Flüssigkeitsoberfläche richtig detektieren zu können.
[0007] Fig. 1 zeigt eine schematische Illustration eines kapazitiv
arbeitenden Detektionsverfahrens in einer Vorrichtung mit einem zustellbaren - -
Fühler 3 und mit einem Flüssigkeitsbehälter 5, der mit Flüssigkeit 1 befüllt ist. Anhand dieser Illustration werden Details eines beispielhaften
Detektionsverfahrens erläutert, das auf kapazitivem Wege die Position der Luft- Flüssigkeits-Phasengrenze ermittelt. Um eine solche Flüssigniveaudetektion durchführen zu können, wird der zustellbare Fühler 3 mit einem Eingangssignal Sin(t) beaufschlagt. Das Eingangssignal Sin(t) wird hier von einem
Eingangssignalgenerator E bereitgestellt. Der zustellbare Fühler 3 ist in drei verschiedenen Positionen a), b) und c) gezeigt. Mit B ist die Zustellbewegung bezeichnet. In der Position a) steht der Fühler 3 weit oberhalb der Flüssigkeit 1. In Position b) hat er sich der Flüssigkeit 1 angenähert. Eine Situation kurz nach dem Berühren der Flüssigkeit 1 ist durch c) gekennzeichnet. Beim Erreichen der Position c) ergibt sich ein Kapazitätssprung am Fühler 3, der durch die
Messvorrichtung M auswertbar ist. Zu diesem Zweck verarbeitet die
Messvorrichtung M das Ausgangssignal sout(t). [0008] Die Zuverlässigkeit der Erkennung der Flüssigkeitsoberfläche mit den bekannten Verfahren ist aber in einigen Fällen nicht befriedigend. Das betrifft insbesondere Vorrichtungen, bei denen mehrere Flüssigkeitsbehälter mit den jeweiligen Fühlern nebeneinander angeordnet sind, da es hier zu
Übersprechen oder anderen gegenseitigen Störungen kommen kann. Ein
Übersprechen zwischen benachbarten Messkanälen kann in den jeweils
benachbarten Kanälen das Signal-Rauschverhältnis reduzieren, was zu einer Begrenzung der Sensitivität bei der Detektion einer Flüssigkeitskontaktierung führen kann.
[0009] Fig. 2A zeigt eine entsprechende schematische Illustration einer mehrkanaligen Vorrichtung (hier sind zwei benachbarte Kanäle gezeigt) mit je einem individuell zustellbaren Fühler 3.1 bzw. 3.2 und mit je einem
Flüssigkeitsbehälter 5.1 bzw. 5.2, der mit Flüssigkeit 1.1 bzw. 1.2 befüllt ist. Die Beschaltung der Vorrichtung entspricht der Beschaltung nach Fig. 1. Jeder Kanal hat hier einen eigenen Eingangssignalgenerator E. l bzw. E.2 und eine eigene Messvorrichtung M. l bzw. M.2. Der erste Fühler 3, 1 des ersten Kanals wird von dem Eingangssignalgenerator E. l mit einem ersten Eingangssignal Sini(t) und der zweite Fühler 3.2 des zweiten Kanals wird von dem Eingangssignalgenerator E.2 mit einem zweiten Eingangssignal s,n2(t) gespeist. Die erste Messvorrichtung M. l des ersten Kanals wertet das erste Ausgangssignal souti(t) aus. Entsprechend wertet die zweite Messvorrichtung M.2 des zweiten Kanals das zweite
Ausgangssignal sout2(t) aus. Die Tatsache, dass es zu Übersprechen zwischen diesen beiden Kanälen kommen kann, ist in Fig. 2A durch eine
Übersprechkapazität Cx symbolisiert, die hier in rein schematischer Form zwischen den Messvorrichtungen M. l und M.2 angeordnet ist.
[0010] Fig. 2B zeigt eine entsprechende schematische Illustration einer weiteren mehrkanaligen Vorrichtung (hier sind zwei benachbarte Kanäle gezeigt). Auch diese Vorrichtung beruht auf dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip. Anders als in Fig. 2A werden hier jedoch beide Kanäle von nur einem Eingangssignalgenerator E mit dem Eingangssignal Sin(t) gespeist.
[0011] In Fig. 2C ist ein schematisches Ersatzschaltbild der Vorrichtung der Fig. 2B gezeigt. Hier dient ein Wechselspannungsgenerator G als
Eingangssignalgenerator E, der beide Kanäle mit dem Eingangssignal Sin(t) speist. Wechselspannungsgenerator G erzeugt hier ein sinusförmiges
Eingangssignal sin(t), das über einen ersten Widerstand R. l an den ersten Fühler 3.1 und über einen zweiten Widerstand R.2 an den zweiten Fühler 3.2 gelangt. Diese Fühler 3.1, 3.2 haben in dieser stark schematisierten Ersatzschaltung je eine Kapazität C. l bzw. C.2 gegen Masse. Das Ausgangssignal souti(t) des ersten Kanals kann, wie schematisch dargestellt, am ersten Fühler 3.1 abgegriffen werden. Das Ausgangssignal sout2(t) des zweiten Kanals wird entsprechend am zweiten Fühler 3.2 abgegriffen. Hier setzen in Fig. 2B die jeweiligen
Messvorrichtungen M. l und M.2 an, die dazu dienen die Signale souti(t) bzw.
Sout2(t) zu verarbeiten. [0012] In Fig. 2C ist links neben dem ersten Kanal ein Schaltungszweig gezeigt, der einen Schalter SW und eine Kapazität CA aufweist. Dieser
Schaltungszweig soll symbolisieren was passiert, wenn der erste Fühler 3.1 die Flüssigkeit 1.1 im Behälter 5.1 berührt. Es entsteht in diesem Moment eine sprunghafte Veränderung der Gesamtkapazität (die Gesamtkapazität am Fühler 3.1 wird grösser). Dies wird hier durch das Zuschalten der parallelen Kapazität CA dargestellt. Das bereits erwähnte Übersprechen wird auch in Fig. 2C durch die Übersprechkapazität Cx dargestellt. [0013] Die Kapazität C. l bildet mit dem Widerstand R. l einen ersten Spannungsteiler und die Kapazität C.2 bildet mit dem Widerstand R.2 einen zweiten Spannungsteiler. An diesen beiden Spannungsteilern können die jeweiligen Ausgangsspannungen souti(t) bzw. sout2(t) abgegriffen werden. Beim Eintauchen des ersten Fühlers 3.1 in Flüssigkeit 1.1, was hier durch das
Zuschalten der parallelen Kapazität CA durch Schließen des Schalters SW dargestellt ist, ergibt sich eine sprunghafte Änderung der Ausgangsspannung Souti(t). Wegen des Übersprechens (hier wegen der Übersprechkapazität Cx) ergibt sich auch ein kleiner Sprung der Ausgangsspannung sout2(t), was z.B. in der Schaltung M .2 eine Fehldetektion auslösen kann.
[0014] Das Übersprechen kann nicht nur die erzielbare
Detektionsgenauigkeit beeinflussen, sondern es kann unter Umständen sogar zu Fehldetektionen kommen.
[0015] Daher ist es wichtig, Vorrichtungen und Verfahren bereitzustellen, die ein Übersprechen verhindern oder reduzieren und die dazu ausgelegt sind gegenseitigen Störungen zu vermeiden.
AUFGABE DER ERFINDUNG
[0016] Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zum Detektieren von Flüssigkeitskontaktierungen von mehreren bewegbaren Fühlern bereitzustellen, das jederzeit ein sicheres Detektieren der entsprechenden Phasengrenzen ermöglicht.
[0017] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen
entsprechender Vorrichtungen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG [0018] Die oben identifizierte technische Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, das zur Anwendung in einer mehrkanaligen Vorrichtung mit kapazitiv arbeitender Messvorrichtung ausgelegt ist, wobei die Vorrichtung pro Kanal einen zustellbaren Fühler und einen Flüssigkeitsbehälter umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte : a. Ausführen einer Zustellbewegung mit einem ersten der Fühler;
b. Ausführen einer Zustellbewegung mit einem zweiten der Fühler, wobei diese Zustellbewegungen gekoppelt oder unabhängig voneinander sein können;
c. Anlegen eines ersten Eingangssignals an den ersten Fühler;
d. Anlegen eines zweiten Eingangssignals an den zweiten Fühler;
wobei das erste Eingangssignal und das zweite Eingangssignal synchron und konstant gehalten werden, um so das Auftreten einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Fühler und dem zweiten Fühler zu verhindern oder um die Spannungsdifferenz zu reduzieren.
[0019] Durch das Verhindern oder Reduzieren der Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Fühlern einer mehrkanaligen Vorrichtung wird das Übersprechen verhindert oder reduziert. [0020] Die technische Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine
Vorrichtung gelöst, deren Merkmale den entsprechenden Ansprüchen zu entnehmen sind.
[0021] Weitere vorteilhafte Merkmale sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. VORTEILHAFTE WIRKUNGEN
[0022] Der wichtigste Vorteil der Erfindung ist, dass kein Übersprechen oder nur ein geringes Übersprechen zwischen zwei Kanälen einer mehrkanaligen Vorrichtung auftreten kann. Dadurch wird auf vorteilhafte Art und Weise die Detektion sogar von gering leitfähigen Flüssigkeiten oder von kleinen
Flüssigkeitsvolumina ermöglicht.
[0023] Mit der Erfindung ist es auch möglich in einem Flüssigkeitsbehälter, der einem ersten Kanal zugeordnet ist, die Luft-Flüssigkeitsphasengrenze einer gering leitfähigen Flüssigkeit und einem Flüssigkeitsbehälter eines benachbarten zweiten Kanals die Luft-Flüssigkeitsphasengrenze eines kleinen
Flüssigkeitsvolumens mit hoher Leitfähigkeit zu detektieren. - -
[0024] Es ist ein weiterer Vorteil des hier präsentierten neuen Ansatzes, dass er auch problemlos mit einem Verfahren zur Erkennung einer Luft-Schaumoder einer Flüssigkeits-Schaum-Grenze kombiniert werden kann. Vorzugsweise wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit einem Verfahren kombiniert, das in der Schweizer Patentanmeldung 01129/14 offenbart ist, die am
24.07.2014 eingereicht wurde.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0025] Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun an Hand von
schematischen, den Umfang der Erfindung nicht beschränkenden Zeichnungen von beispielhaften Ausführungsformen im Detail erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Illustration eines bekannten kapazitiv
arbeitenden Detektionsverfahrens in einer Vorrichtung mit einem zustellbaren Fühler und mit einem Flüssigkeitsbehälter, der mit Flüssigkeit befüllt ist; Fig. 2A zeigt eine schematische Illustration einer ersten mehrkanaligen
Vorrichtung (hier sind zwei benachbarte Kanäle gezeigt), die auf dem bekannten kapazitiv arbeitenden Detekt ionsverfahren der Fig. 1 basiert;
Fig. 2B zeigt eine schematische Illustration einer zweiten mehrkanaligen
Vorrichtung (hier sind zwei benachbarte Kanäle gezeigt), die auf dem bekannten kapazitiv arbeitenden Detekt ionsverfahren der Fig. 1 basiert;
Fig. 2C zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild der Vorrichtung der Fig. 2B;
Fig. 3 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild einer ersten Vorrichtung gemäss Erfindung;
Fig. 4 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild einer zweiten Vorrichtung gemäss Erfindung;
Fig. 5 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild einer dritten Vorrichtung gemäss Erfindung. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[0026] Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei es sich um beispielhafte Ausführungsformen handelt. Diese umfassen sowohl verschiedene Ausbildungen der Gesamterfindung, als auch Baugruppen und Einzelteile der Erfindung. Grundsätzlich lassen sich die
beschriebenen Baugruppen und Einzelteile der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombinieren, respektive die Baugruppen und Einzelteile einzelner Ausführungsformen lassen sich durch die Baugruppen und Einzelteile anderer Ausführungsformen ersetzen. Die hierbei gebildeten Kombinationen können kleinere, jedem Fachmann geläufige und daher nicht weiter beschriebene
Anpassungen bedingen, zum Beispiel um ein Zusammenwirken oder
Ineinandergreifen der Baugruppen und Einzelteile zu ermöglichen.
[0027] Der Begriff Phasengrenze wird verwendet für Grenzen zwischen zwei oder mehr Medien, die unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten und / oder Leitfähigkeiten besitzen. Speziell geht es um Gas-Flüssig Phasengrenzen. Die Erfindung kann aber auch auf Flüssig-Flüssig und auf Gas-Schaum oder Schaum- Flüssig Phasengrenzen angewendet werden.
[0028] Der Begriff Modul wird hier verwendet, um eine Funktionsgruppe zu umschreiben, die in Hardware, Software oder als Kombination aus Hard- und Software realisiert ist.
[0029] Der Begriff Übersprechen wird hier verwendet, um eine Form des elektrischen Übersprechens zu beschreiben, bei dem eine Signaländerung zum Beispiel eines ersten Signals (z.B. des Ausgangssignals souti(t)) eine
Signaländerung zum Beispiel eines zweiten Signals (z.B. des Ausgangssignals Sout2(t)) bewirkt. Allgemein steht der Begriff des Übersprechens hier für das unerwünschte einseitige oder gegenseitige Beeinflussen von Signalen einer Vorrichtung 100. Insbesondere geht es um das einseitige oder gegenseitige Beeinflussen von Ausgangssignalen benachbarter (Schaltungs-)Kanäle, deren Ausgangssignale ohne Übersprechen unabhängig voneinander sind.
[0030] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist
verschiedentlich von Geräten die Rede. Es handelt sich vorzugsweise um - -
Laborgeräte, und um andere Systeme, Anlagen, Apparate, Handhabungszentren und dergleichen, die mit Mitteln zur Ermittlung einer Phasengrenze ausgestattet sind. Die erfindungsgemässe Vorrichtung 100 ist ein Element oder eine
Komponente eines solchen Geräts. Ein Gerät kann zum Beispiel mehrere identische Vorrichtungen 100 oder mehrere verschiedene Vorrichtungen 100 umfassen.
[0031] Das erfindungsgemässe Verfahren ist vorzugsweise bei allen Ausführungsformen zum Detektieren einer Luft-Flüssigkeitsphasengrenze mittels eines Fühlers 3 (z.B. einer als Fühler dienenden Pipette) in einem
Flüssigkeitsbehälter 5 ausgelegt. Im Folgenden wird auf die Verwendung von Pipetten Bezug genommen, wobei auch andere (Pipetten-)Spitzen, Nadeln, Röhrchen und dergleichen als Fühler 3 geeignet sind und im Rahmen der Erfindung bei allen Ausführungsformen eingesetzt werden können.
[0032] Im Folgenden wird auf das Ausführen einer Zustellbewegung B Bezug genommen. Eine solche Zustellbewegung B kann bei allen
Ausführungsformen eine Abwärts- oder eine Aufwärtsbewegung des Fühlers 3 in dem Flüssigkeitsbehälter 5 beschreiben.
[0033] Zum Zweck des Detektierens wird vorzugsweise bei allen
Ausführungsformen eine Pipette 3 verwendet, die in Richtung der Flüssigkeit 1 im Flüssigkeitsbehälter 5 zustellbar ist.
[0034] Grundlegende Aspekte der Erfindung werden im Folgenden anhand spezifischer Ausführungsformen detailliert beschrieben.
[0035] Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 100 gemäss der vorliegenden Erfindung. Dieses Schaltungsdiagramm baut von der Anordnung her auf dem
Schaltungsdiagramm der Figur 2C auf. Es wird insofern auch auf die
Beschreibung der Figuren 2A bis 2C verwiesen.
[0036] In Fig. 3 ist ein schematisches Ersatzschaltbild einer
erfindungsgemässen Vorrichtung 100 gezeigt. Hier dient ein
Wechselspannungsgenerator G als Eingangssignalgenerator E, der zwei benachbarte Kanäle mit einem gemeinsamen Eingangssignal sin(t) speist. Der Wechselspannungsgenerator G erzeugt hier beispielsweise ein sinusförmiges Eingangssignal Sin(t), das über eine erste Kompensationsschaltung CT. l an den ersten Fühler 3.1 und über eine zweiten Kompensationsschaltung CT.2 an den zweiten Fühler 3.2 gelangt.
[0037] Diese Fühler 3.1, 3.2 haben in der stark schematisierten
Ersatzschaltung je eine Kapazität C. l bzw. C.2 gegen Masse. Ein Ausgangssignal Souti(t) des ersten Kanals kann, wie schematisch dargestellt, am ersten Fühler 3.1 abgegriffen werden. Ein Ausgangssignal sout2(t) des zweiten Kanals kann entsprechend am zweiten Fühler 3.2 abgegriffen werden. Diese beiden
Abgriffspunkte für die Ausgangssignale souti(t) und sout2(t) sind optional.
[0038] In Fig. 3 ist - wie auch bereits in Fig. 2C - links neben dem ersten Kanal ein Schaltungszweig gezeigt, der einen Schalter SW und eine Kapazität CA aufweist. Dieser Schaltungszweig soll symbolisieren was passiert, wenn der erste Fühler 3.1 die Flüssigkeit 1.1 im Behälter 5.1 berührt. Es entsteht in diesem Moment eine sprunghafte Veränderung der Gesamtkapazität (die
Gesamtkapazität am Fühler 3.1 wird grösser). Dies wird hier durch das
Zuschalten der parallelen Kapazität CA dargestellt. Das bereits erwähnte
Übersprechen wird auch in Fig. 3 durch die parasitäre Übersprechkapazität Cx dargestellt.
[0039] Hier spielen nun jedoch die beiden Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 eine entscheidende Rolle. Diese Kompensationsschaltungen CT. l, CT.2 sind nämlich dazu ausgelegt das erste Eingangssignal Sini(t) und das zweite Eingangssignal Sin2(t) synchron und konstant zu halten, um so das Auftreten einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Fühler 3.1 und dem zweiten Fühler 3.2 zu verhindern.
[0040] Vorzugsweise umfasst jede der beiden Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 bei allen Ausführungsformen eine schaltungstechnische
Kontrollschleife, um das erste Eingangssignal Sini(t) und das zweite
Eingangssignal sin2(t) synchron und konstant zu halten. [0041] Wie in Fig . 3 dargestellt, sind an den beiden
Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 Ausgänge 6.1 und 6.2 vorgesehen . An diesen Ausgängen werden die Ausgangssignale Si(t) und S2(t) bereitgestellt. Anders als in Fig. 2C, werden im Zusammenhang mit der Detektion von
Phasengrenzen die Ausgangssignale si(t) und s2(t) anstelle der Ausgangssignale Souti(t) und s0ut2(t) verwendet (z. B. durch Auswerten und/oder
Weiterverarbeiten) .
[0042] Beim Eintauchen des Fühlers 3.1 in die Flüssigkeit 1.1 im Behälter 5.1 ergibt sich, wie bereits beschrieben ein Kapazitätssprung . Dieser
Kapazitätssprung ist nach kurzem Einschwingen an dem Ausgangssignal si(t) der Kompensationsschaltung CT. l sichtbar. Das Ausgangssignal s2(t) der
Kompensationsschaltung CT.2 hingegen bleibt unverändert. Konkret zeigt es lediglich eine kurze Störung. Die Sinusamplitude (falls der Generator G ein Sinussignal vorgibt) des Ausgangssignals s2(t) ändert sich selbst dann nicht, wenn am Nachbarkanal eine Phasengrenze detektiert wird .
[0043] Die beiden Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 sind bei allen Ausführungsformen so ausgelegt und im Speisungszweig der Fühler 3.1 und 3.2 angeordnet, dass sich die Spannungen Sini(t) und Sin2(t) an den beiden Fühlern 3.1 und 3.2 beim Zuschalten der parallelen Kapazität CA nicht ändern. Beide Spannungen respektive Signale souti(t) und s0ut2(t) bleiben gleich gross. Dadurch wird erreicht, dass sich an der Übersprechkapazität Cx keine Spannungsdifferenz ergibt. D.h. es fliesst kein Strom durch die Übersprechkapazität Cx. Das ist damit gleichzusetzen, dass kein Übersprechen zwischen den beiden Kanälen stattfindet.
[0044] Vorzugsweise sind die Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 bei allen Ausführungsformen so ausgelegt, dass sie das erste Eingangssignal sini(t) und das zweite Eingangssignal Sin2(t) aktiv regeln. D.h ., konkret werden das erste Eingangssignal Sini(t) und das zweite Eingangssignal Sin2(t) dem
Eingangssignal Sin(t) nachgeführt, das hier beispielsweise die Form eines
Sinussignals aufweist. [0045] Vorzugsweise umfasst: jede der beiden Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 bei allen Ausführungsformen einen Regelkreis, respektive einen geschlossenen Kreis. - -
[0046] In Fig. 4 sind nun Details einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Schaltungsaufbau ist vergleichbar mit demjenigen der Fig. 3. Im Folgenden wird daher nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen. Ansonsten wird auf die Beschreibung der Fig. 3 verwiesen. [0047] Jede der Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung die folgenden Elemente bzw. Module
umfassen. Eingangsseitig sitzt ein Verstärker 7.1 bzw. 7.2. Einer der beiden Verstärkereingänge (mit„+„ bezeichnet) wird mit dem sinusförmigen Signal sin(t) gespeist. Der jeweils andere Eingang des Verstärkers 7.1 bzw. 7.2 ist mit einem Rückpfad 8.1 bzw. 8.2 verbunden. Dieser Rückpfad 8.1 bzw. 8.2 bildet am jeweiligen Verstärker 7.1, 7.2 eine Rückkopplung. Auf der Ausgangsseite der Verstärker 7.1 bzw. 7.2 sitzt je ein Widerstand Rl bzw. R2, wie gezeigt. Die erwähnten Rückpfade 8.1 bzw. 8.2 setzen nach dem jeweiligen Widerstand Rl bzw. R2 an. Sie verbinden den Ausgang A. l mit dem invertierenden Eingang (mit „-„ bezeichnet) des Verstärkers 7.1 und den Ausgang A.2 mit dem
invertierenden Eingang (mit„-„ bezeichnet) des Verstärkers 7.2.
[0048] Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 7.1 bzw. 7.2 und dem jeweiligen Widerstand Rl bzw. R2 sind die entsprechenden Ausgänge 6.1 bzw. 6.2 vorgesehen. An dem Ausgang A. l wird das Eingangssignal sini(t) und an dem Ausgang A.2 wird das Eingangssignal sin2(t) bereitgestellt. Diese Signale speisen den jeweiligen Fühler 3.1 bzw. 3.2.
[0049] Vorzugsweise kommen bei allen Ausführungsformen sogenannte (Operations-) Transkonduktanzverstärker als Verstärker 7.1 und 7.2 zum
Einsatz. Der Grund hierfür ist der folgende. Wenn man normale
Operationsverstärker 7.1 und 7.2 einsetzt, wie in Fig. 4 gezeigt, dann werden diese Verstärker 7.1, 7.2 aufgrund der Rückkopplung (durch die Rückpfade 8.1 bzw. 8.2) am jeweiligen invertierenden Eingang kapazitiv belastet. Das kann zu einer Verschiebung von Strom und Spannung führen, was die
Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 instabil werden lässt. [0050] Ein Transkonduktanzverstärker hingegen hat einen hochohmigen Stromausgang. Solche Transkonduktanzverstärker sind daher besser geeignet, um eine kapazitive Last (wie das hier der Fall ist) anzutreiben bzw. zu speisen. [0051] Besonders geeignet sind Transkonduktanzverstärker mit
differentiellem Eingang. Dies erleichtert die Realisierung einer Gegenkopplung nach dem in Fig. 4 gezeigten Schaltungsprinzip. Die Transkonduktanzverstärker mit differentiellem Eingang werden hier als Differenz- oder Operations- Transkonduktanzverstärker (OTA) bezeichnet. Verstärker mit nur einem Eingang einfach als Transkonduktanzverstärker (TK). Vorzugsweise kommen bei allen Ausführungsformen Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 gemäss Fig. 4 zum Einsatz, wobei OTAs als Verstärker 7.1 und 7.2 dienen.
[0052] Statt OTAs zu verwenden, die als Standardbauteile verfügbar sind, kann auch ein diskreter Aufbau gewählt werden. In diesem Fall umfasst jede der Kompensationsschaltungen CT. l und CT.2 eine Differenzstufe mit differentiellem Eingang, die einen Transkonduktanzverstärker speist.
[0053] In Fig. 5 ist das Ersatzschaltbild einer entsprechenden Vorrichtung 100 der Erfindung gezeigt. Der Aufbau ist wiederum ähnlich wie in den bereits beschriebenen Zeichnungen. Es wird daher auf die entsprechende Beschreibung verwiesen. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform, umfasst jede
Kompensationsschaltung CT. l und CT.2 eingangsseitig einen
Operationsverstärker OA1 bzw. OA2 mit differentiellem Eingang (mit„+" und„-„ gekennzeichnet). Am Ausgang 10.1 bzw. 10.2 des jeweiligen
Operationsverstärkers OA1 bzw. OA2 sitzt ein Transkonduktanzverstärker TKl bzw. TK2. Ausserdem wird am jeweiligen Ausgang 10.1 bzw. 10.2 ein Signal abgegriffen, das zur eigentlichen Detektion einer Phasengrenze genutzt wird. Die entsprechenden Abgriffspunkte bzw. Leitungen sind in Fig. 5 mit 6.1 bzw. 6.2 bezeichnet. [0054] Vorzugsweise umfassen alle Ausführungsformen der Erfindung, die pro Kanal einen Operationsverstärker OA1 bzw. OA2 und einen
Transkonduktanzverstärker TKl bzw. TK2 umfassen, eine Ausgangsschaltung 9.1 bzw. 9.2, wie in Fig. 5 gezeigt. Diese Ausgangsschaltungen 9.1 bzw. 9.2 sind dazu ausgelegt das Signal, das am jeweiligen Ausgang 10.1 bzw. 10.2
abgegriffen wird, aufzubereiten. Zu diesem Zweck umfasst jeder der
Ausgangsschaltungen 9.1 bzw. 9.2 vorzugsweise einen Verstärker gefolgt von einem Demodulator. Bei entsprechender Auslegung des Verstärkers und des - -
Demodulators kann man die Signale Si(t) und s2(t) mit einem Analog-Digital- Wandler auslesen und verarbeiten.
[0055] Die Rückkopplung (realisiert durch die Rückpfade 8.1 bzw. 8.2) greift bei den Ausführungsformen nach Fig. 5 am Ausgang A.l bzw. A.2 des Transkonduktanzverstärkers TK1 bzw. TK2 an und verbindet diesen
schaltungstechnisch mit dem invertierenden Eingang (mit,,-,, bezeichnet) des Operationsverstärkers OA1 bzw. OA2.
[0056] Anstatt Transkonduktanzverstärker TK1 bzw. TK2 zu verwenden, können die Kompensationsschaltungen CT.l und CT.2 auch spannungsgesteuerte Stromquellen umfassen, die aus Standardkomponenten diskret oder integriert aufgebaut sind.
[0057] Zum Erkennen einer Phasengrenze wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen die Amplitude der Signale Si(t) und s2(t) ausgewertet. Wenn ein Sprung der Amplitude erkannt wird, der grösser als ein Schwellenwert ist, so ist von einer erfolgreichen Detektion einer Phasengrenze auszugehen.
[0058] Vorzugsweise umfassen alle Ausführungsformen der Erfindung eine Leitung mit Masseschirm, um den Ausgang A.l bzw. A.2 mit dem
entsprechenden Fühler 3.1, 3.2 zu verbinden.
[0059] Selbstverständlich können auch andere, an sich bekannte Arten von Spannungsgeneratoren 4 für das erfindungsgemässe Verfahren verwendet werden. So ist es nicht unbedingt nötig, sinusförmige
Wechselspannungskomponenten zu erzeugen. Alternativ kann bei allen
Ausführungsformen z.B. eine Wechselspannung in Form von anderen
periodischen Signalen erzeugt werden. [0060] Während das Eingangssignal s,ni(t) bzw. Sin2(t) von den
Kompensationsschaltungen CT.l bzw CT.2 an den Fühler 3.1 bzw. 3.2 angelegt wird, wird das Ausgangssignal si(t) des ersten Fühlers 3.1 und das
Ausgangssignal s2(t) des zweiten Fühlers 3.2 mittels entsprechender
Messvorrichtungen M.l bzw. M.2 verarbeitet/ausgewertet, um eine - -
Kapazitätsänderung zu detektieren. Dafür sind die Messvorrichtungen M . l bzw. M.2 dem jeweiligen Signalausgang nachgeschaltet,
[0061] Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann das Auswerten des Ausgangssignals Si(t) bzw. s2(t) zeitgleich (quasi in Echtzeit) mit dem Bewegen B des Fühlers 3.1 bzw. 3.2 erfolgen.
[0062] Die Erfindung lässt sich vorzugsweise auf mehrkanalige
Vorrichtungen 100 anwenden, auch wenn jeweils nur zwei Kanäle gezeigt und beschrieben sind.
REFERENZLISTE:
Schritte der Zustellbewegung B a), b) c) erster Ausgang A. l zweiter Ausgang A.2
Zustellbewegung B erste Zustellbewegung B. l zweite Zustellbewegung B.2 erste Kapazität C. l zweite Kapazität C.2 erste Kompensationsschaltung CT. l zweite Kompensationsschaltung CT.2
Übersprechkapazität Cx
Zuschaltbare Kapazität CA
Eingangssignalgenerator E erster Eingangssignalgenerator E. l zweiter Eingangssignalgenerator E.2
Wechselspannungsgenerator G
Messvorrichtung/-aufbau M erste Messvorrichtung/-aufbau M. l zweite Messvorrichtung/-aufbau M.2 erster Widerstand R. l zweiter Widerstand R.2 erster Widerstand Rl zweiter Widerstand R2
Schalter SW
Ausgangsignal Sout(t) erstes Ausgangsignal Soutl(t) zweites Ausgangsignal Sout2(t)
Eingangssignal Sin(t) erstes Eingangssignal Sinl(t) zweites Eingangssignal Sin2(t)
Flüssigkeit 1 erste Flüssigkeit 1.1 zweite Flüssigkeit 1.2
Fühler (Pipette) 3 erster Fühler (Pipette) 3.1 zweiter Fühler (Pipette) 3.2 Spannungsgenerator 4
Flüssigkeitsbehälter 5 erster Flüssigkeitsbehälter 5.1 zweiter Flüssigkeitsbehälter 5.2 erster Ausgang 6.1 zweiter Ausgang 6.2 erster Verstärker 7.1 zweiter Verstärker 7.2 erster Rückpfad (Rückkopplung) 8.1 zweiter Rückpfad (Rückkopplung) 8.2 erste Ausgangsschaltung 9.1 zweite Ausgangsschaltung 9.2 erster Ausgang 10.1 zweiter Ausgang 10.2
Vorrichtung / Labor-Gerät 100 Operationsverstärker OA1, OA2
Transkonduktanzverstärker TK1, TK2

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Anwendung in einer mehrkanaligen Vorrichtung (100) mit kapazitiv arbeitender Messvorrichtung (M), wobei die Vorrichtung (100) pro Kanal einen zustellbaren Fühler (3.1, 3.2) und einen Flüssigkeitsbehälter (5.1, 5.2) umfasst,
das Verfahren umfassend die folgenden Schritte :
a. Ausführen einer Zustellbewegung (B. l) mit einem ersten der Fühler
(3.1) ;
b. Ausführen einer Zustellbewegung (B.2) mit einem zweiten der Fühler
(3.2) ;
c. Anlegen eines ersten Eingangssignals (sini(t)) an den ersten Fühler
(3.1) ;
d. Anlegen eines zweiten Eingangssignals (Sjn2(t)) an den zweiten Fühler
(3.2) ;
wobei das erste Eingangssignal (sini(t)) und das zweite Eingangssignal (Sin2(t)) synchron und konstant gehalten werden, um so das Auftreten einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Fühler (3.1) und dem zweiten Fühler (3.2) zu verhindern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine
schaltungstechnische Kontrollschleife zum Einsatz gebracht wird, um das erste Eingangssignal (Sini(t)) und das zweite Eingangssignal (Sin2(t)) synchron und konstant zu halten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Kanal der mehrkanaligen Vorrichtung ( 100) eine Rückkopplung des
Eingangssignals (sini(t), sin2(t)) des jeweiligen Kanals zu einem Eingang einer Kompensationsschaltung (CT. l, CT.2) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mehrere Kanäle der mehrkanaligen Vorrichtung (100) ein gemeinsames periodisches Eingangssignal (sin(t)) angelegt wird, wobei in jedem Kanal der
mehrkanaligen Vorrichtung (100) unabhängig von den anderen Kanälen der mehrkanaligen Vorrichtung (100) eine Differenzverstärkung gefolgt von einer Transkonduktanzverstärkung durchgeführt wird, um die
Eingangssignale (smi(t), s,n2(t)) für die Fühler (3.1, 3.2) der entsprechend Kanäle bereit zu stellen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Kanal der mehrkanaligen Vorrichtung (100) eine signaltechnische
Rückkopplung (8.1, 8.2) vorgenommen wird.
Vorrichtung (100) mit mehreren kapazitiv arbeitenden Kanälen, wobei die Vorrichtung (100) pro Kanal einen zustellbaren Fühler (3.1, 3.2) und einen Flüssigkeitsbehälter (5.1,
5.2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) umfasst:
- einen Generator (G; 4) zum Bereitstellen eines periodischen
Eingangssignals (sin(t)),
pro Kanal
- eine Kompensationsschaltung (CT. l, CT.2), die mit dem periodischen Eingangssignal (sin(t)) speisbar ist und die dazu ausgelegt ist an einem ersten Ausgang (A. l, A.2) ein Eingangssignal (sini(t), sin2(t)) zum Anlegen an den Fühler (3.1, 3.2) des Kanals bereit zu stellen, wobei die
Kompensationsschaltung (CT. l, CT.2) einen weiteren Ausgang (6.1,
6.2) umfasst, der dazu ausgelegt ist ein Signal (si(t), s2(t)) bereit zu stellen, das zum Erkennen einer Phasengrenze auswertbar ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kompensationsschaltung (CT. l, CT.2) einen Verstärker (7.1, 7.2) mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang umfasst, wobei der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers (7.1,
7.2) mit dem periodischen Eingangssignal (sin(t)) speisbar ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kompensationsschaltung (CT.l, CT.2) eine Rückkopplung (8.1,
8.2) umfasst, die den ersten Ausgang (A. l, A.2) mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers (7.1, 7.2) verbindet.
9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kompensationsschaltung (CT. l, CT.2) einen Operationsverstärker (OAl, OA2) mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang umfasst, wobei der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers (OAl, OA2) mit dem periodischen Eingangssignal (s,n(t)) speisbar ist.
10. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Operationsverstärker (OAl, OA2) einen Ausgang (10.1, 10.2) umfasst, der mit einem Transkonduktanzverstärker (TKl, TK2) verbindbar ist, wobei der Transkonduktanzverstärker (TKl, TK2) einen ersten Ausgang (A. l, A.2) umfasst, um ein Eingangssignal (sini(t), sin2(t)) für den Fühler (3.1, 3.2) des entsprechenden Kanals bereit zu stellen und einen zweiten Ausgang umfasst, um das Signal (si(t), s2(t)) bereit zu stellen, das zum Erkennen einer Phasengrenze auswertbar ist.
11. Vorrichtung (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie pro Kanal eine Ausgangsschaltung (9.1, 9.2) mit einem Verstärker gefolgt von einem Demodulator umfasst, um das Signal (si(t), s2(t)) bereit zu stellen, das zum Erkennen einer Phasengrenze auswertbar ist.
12. Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kompensationsschaltung (CT. l, CT.2) eine spannungsgesteuerte
Stromquelle umfasst.
PCT/EP2016/072561 2015-10-20 2016-09-22 Verfahren und vorrichtung zum detektieren einer flüssigkeitskontaktierung Ceased WO2017067734A1 (de)

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DE112016004791.6T DE112016004791A5 (de) 2015-10-20 2016-09-22 Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren einer Flüssigkeitskontaktierung
US15/768,711 US11125600B2 (en) 2015-10-20 2016-09-22 Method and device for detecting a fluid contacting

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CH01526/15 2015-10-20
CH01526/15A CH711665B1 (de) 2015-10-20 2015-10-20 Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren einer Flüssigkeitskontaktierung.

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WO2017067734A1 true WO2017067734A1 (de) 2017-04-27

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