一种用于检测泡沫边界的方法和相应地装备的装置制造方法及图纸

一种电容性地操作的装置(100)，包括‑容器，‑能移入该容器和/或移出该容器的探针(3)，‑能连接到该探针(3)以提供输入信号(sin(t))的输入信号发生器，该输入信号(sin(t))在该探针(3)中产生至少一个输出信号(sout(t))，‑能连接到该探针(3)以从该探针(3)分接输出信号(sout(t))的测量装置(M)，其中‑该探针(3)可周期性地充电和放电，‑该至少一个输出信号(sout(t))与充电/放电曲线的时间进展相对应，充电/放电曲线是通过探针(3)的周期性充电和放电产生的，‑该装置(100)包括具有两个比较器的电路模块(10，11)，这两个比较器被形成为根据输出信号(sout(t))提供第一比较器输出信号(PWM1)和第二比较器输出信号(PWM2)并且使它们彼此相关。

Method and apparatus for detecting foam boundary

\u4e00\u79cd\u7535\u5bb9\u6027\u5730\u64cd\u4f5c\u7684\u88c5\u7f6e(100)\uff0c\u5305\u62ec\u2011\u5bb9\u5668\uff0c\u2011\u80fd\u79fb\u5165\u8be5\u5bb9\u5668\u548c/\u6216\u79fb\u51fa\u8be5\u5bb9\u5668\u7684\u63a2\u9488(3)\uff0c\u2011\u80fd\u8fde\u63a5\u5230\u8be5\u63a2\u9488(3)\u4ee5\u63d0\u4f9b\u8f93\u5165\u4fe1\u53f7(sin(t))\u7684\u8f93\u5165\u4fe1\u53f7\u53d1\u751f\u5668\uff0c\u8be5\u8f93\u5165\u4fe1\u53f7(sin(t))\u5728\u8be5\u63a2\u9488(3)\u4e2d\u4ea7\u751f\u81f3\u5c11\u4e00\u4e2a\u8f93\u51fa\u4fe1\u53f7(sout(t))\uff0c\u2011\u80fd\u8fde\u63a5\u5230\u8be5\u63a2\u9488(3)\u4ee5\u4ece\u8be5\u63a2\u9488(3)\u5206\u63a5\u8f93\u51fa\u4fe1\u53f7(sout(t))\u7684\u6d4b\u91cf\u88c5\u7f6e(M)\uff0c\u5176\u4e2d\u2011\u8be5\u63a2\u9488(3)\u53ef\u5468\u671f\u6027\u5730\u5145\u7535\u548c\u653e\u7535\uff0c\u2011\u8be5\u81f3\u5c11\u4e00\u4e2a\u8f93\u51fa\u4fe1\u53f7(sout(t))\u4e0e\u5145\u7535/\u653e\u7535\u66f2\u7ebf\u7684\u65f6\u95f4\u8fdb\u5c55\u76f8\u5bf9\u5e94\uff0c\u5145\u7535/\u653e\u7535\u66f2\u7ebf\u662f\u901a\u8fc7\u63a2\u9488(3)\u7684\u5468\u671f\u6027\u5145\u7535\u548c\u653e\u7535\u4ea7\u751f\u7684\uff0c\u2011\u8be5\u88c5\u7f6e(100)\u5305\u62ec\u5177\u6709\u4e24\u4e2a\u6bd4\u8f83\u5668\u7684\u7535\u8def\u6a21\u5757(10\uff0c11)\uff0c\u8fd9\u4e24\u4e2a\u6bd4\u8f83\u5668\u88ab\u5f62\u6210\u4e3a\u6839\u636e\u8f93\u51fa\u4fe1\u53f7(sout(t))\u63d0\u4f9b\u7b2c\u4e00\u6bd4\u8f83\u5668\u8f93\u51fa A signal (PWM1) and a second comparator output signal (PWM2) and associated with each other.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测在容器中的泡沫边界的方法。本专利技术还涉及相应地装备的装置。
技术介绍
存在需要精确的移液操作以获得令人满意的分析精确度的许多实验室系统和医学以及制药器具。出于这一目的，精确地限定在试管、滴定盘和其他液体容器中的填充水平面是必要的。还存在与泡沫-液体相边界和气体-泡沫相边界的检测有关的应用。在下文中，术语相边界将被使用以表示在气体和液体介质之间的过渡(气液相边界)、气体-泡沫相边界以及在不同液体介质之间的过渡(泡沫-液体相边界)。这样的相边界的确定尤其与关于测量或者测试序列的自动化相关。所谓确定填充水平面通常是通过液面的检测来发生，即确定空气和液体之间的相边界的位置。这个过程也称为“液面检测”(LLD)。从现有技术已知用于确定填充水平面的各种方法，它们基于不同的物理原理，例如检测由液体的表面反射的光或者当移液管与液体接触时测量移液管的电特性。因为气体和液体具有明显不同的介电常数，所以也能通过电容变化确定气-液相边界。液面检测例如被用于移液设备。在这种情况下，在用移液管吸液期间移液针应尽可能少地浸入要被移液的液体中，以保持样品液体的污染尽可能低。在吸液期间，移液针因此通常只浸入液面下几个毫米。然而，需要保证移液针被浸入到足够远的程度，以便没有空气可能被吸入。在吸液过程中，移液针接着会沿着降低的液面而持续移动，以便保持浸入到相对于液面同样深的程度。在吸液之后，可以基于被移入的体积和液体容器的截面积计算气-液相边界的水平面应该所处的位置。在移液尖端露出表面期间，可以将露出表面信号与计算得到的气-液相边界的位置相比较，以因此验证移液过程。因此一方面，能够将移液尖端定位在液体表面稍微下方是合乎需要的。另一方面，从一个液体容器到另一个液体容器的填充水平面可能变化巨大，这是移液尖端必须能够在大区域中精确地定位的原因。使液体表面的正确和明确的检测成为可能因此是格外重要的。采用已知方法识别液体表面的可靠性在许多情况下是不令人满意的，尤其是在易于形成泡沫的液体的情况下。因此重要的是能够区分可容器内推进的探针(例如移液管的形式)的泡沫和/或液体接触。也可以考虑仅关注泡沫边界的检测的应用。
技术实现思路
因此，目标是提供一种用于检测泡沫边界的方法，其可以可靠地操作并且提供高精度。本专利技术的另一目标是提供一种用于检测探针从泡沫到液体的过渡的方法。本专利技术的另一目标是提供相应的装置。以上所标识的本专利技术的技术目标是通过一种其特征在权利要求1中公开的方法来达成的。具体而言，一种方法关于通过电容性地操作的测量装置(包括可以移动的探针)检测在一装置的容器内的泡沫边界，其中测量装置处理至少一个输出信号。该方法包括在执行探针在容器中的向上或者向下移动期间执行的下列步骤；a)通过预定在测量电容(也称为总电容)上产生充电过程的输入信号来执行充电过程，其中所述测量电容由探针、空气、泡沫和液体形成；b)在第一比较器上和第二比较器上提供在充电过程中在测量电容中产生的充电信号，其中第一比较器被设计成在充电信号达到第一基准电压的情况下提供第一输出信号，并且其中第二比较器被设计成在充电信号达到比第一基准电压大的第二基准电压的情况下提供第二输出信号，；c)使测量电容放电；d)重复步骤a)到c)；其中第一输出信号和第二输出信号在评估过程范围内彼此相关。检测装置的容器中的气-液边界和气体-泡沫边界是特别被关注的，这包括处理测量电容的充电信号并且识别出接触的是液体还是泡沫的基本上电容性地操作的测量装置。通过对测量电容的周期性充电和放电(即通过重复步骤a)到c))，第一比较器输出第一PWM信号(也称为比较器输出信号)，且第二比较器输出第二PWM信号(也称为比较器输出信号)。PWM代表脉宽调制。感兴趣的是这两个输出信号的脉宽，尤其是露出表面的探针与浸入的探针之间的输出信号的脉宽的变化。第一输出信号的变化可以按以下方式乘以预定因子：，在介质的纯电容行为的情况下，该乘积对应于第二输出信号的变化。这是在探针浸入导电性良好的液体期间的情况。然而，如果泡沫位于液体上，由于泡沫具有相对高的阻抗，在合适地选择放电时间的情况下液体电容不能被完全放电。这会导致如下结果：在随后的充电过程期间，返回电流在该随后的充电过程期间流入基本电容。返回电流流动尤其在充电曲线的开始处有影响。与第二输出信号的脉宽变化相比，乘以预定因子的第一输出信号的脉宽变化因此可减少。与露出表面的探针的脉宽相比，脉宽变化因此甚至变成负的。通过提供合适地选择的放电时间和基本电容，因此有可能区分探针是浸入液体还是泡沫中。本专利技术的装置被形成为基本上电容性地操作的装置，其特征被在独立装置权利要求中公开。本专利技术的装置包括：-容器；-可以移入该容器和/或移出该容器的探针；-可连接到探针以提供输入信号的输入信号发生器，其在从探针、空气、泡沫和液体所形成的测量电容上产生充电信号；-可连接到探针以分接充电信号来作为探针上的输出信号的测量装置。所述装置的特征在于-测量电容可以通过充电信号周期性地充电和放电；-充电信号与通过对测量电容的周期性地充电和放电产生的充电/放电曲线；-其包括具有两个比较器的电路模块，这两个比较器被形成以根据该输出信号(即充电信号)提供第一输出信号和第二输出信号并且使它们彼此相关。进一步细节在相应的从属权利要求中公开。有益效果本专利技术的最重要的优点是在探针(例如移液管或者针的形式)的进入(feed)运动期间能以高度可靠且精确的方式检测泡沫边界。因此能确保相应地装备的装置例如提供正确数据，和/或可以执行自动化的过程，而不会发生如下可能性：由于错误检测而导致发生不可预见的事件或者执行对该情形而言不适当的动作。本专利技术的进一步优点是可能区分泡沫或者液体接触，其中泡沫边界的检测和液体边界的检测这两者是根据兼容度量衡学和电路系统的测量方法来发生的。附图说明现在参考示例性实施例的示意图更详细地解释根据本专利技术的方法，这些附图不限制本专利技术的范围。图1示出根据本专利技术的检测方法的示意图，其示出了在三个不同进入运动深度a)，b)以及c)用作探针的移液管；图2A示出根据本专利技术的基本上电容性地操作的装置的第一实施例的示意性电路图，；图2B示出充电曲线的示意性电压-时间图，其中使用根据图2A的装置的输入信号发生器，在这种情况下它预先确定周期性矩形输入信号(注意：如果要用恒定电流对总电容充电，则图2B的充电曲线将具有线性进展)；图3示出本专利技术的另一实施例的示意性等效电路；图4显示示意性电压-时间图，其中示出了在探针未浸入液体时的曲线进展(在此用虚线示为曲线进展K1)和探针浸入液体时的曲线进展(在此用实线示为曲线进展K2)；图5示出在探针未浸入泡沫时的示意性电压-时间图(在此用虚线示为曲线进展K3)和探针浸入泡沫时的示意性电压-时间图(在此用实线示为曲线进展K4)(注意：在探针未浸入的情况下，与图3中电阻RF的连接将中断)；图6示出本专利技术的装置的另一实施例的示意性电路图；图7示出本专利技术的装置的又一实施例的示意性电路图，其中所述装置基于图6的原理；图8示出本专利技术的装置的又一实施例的示意性电路图，其中所述装置基于图6和7的原理。具体实施方式下文描述了本专利技术的有利实施例，其中所述实施例是作为示例提供的。它们包括总体专利技术的不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过具有能移动的探针(3)的电容性地操作的测量装置(M)来检测在一装置(100)的容器(5)中的泡沫边界(2.1)的方法，其中至少一个输出信号(sout(t))被所述测量装置(M)处理，其中所述方法包括在执行所述探针(3)在所述容器(5)中的向上或者向下移动(B)时执行的如下步骤；a)通过预先确定输入信号(Sin(t))来执行充电过程；b)在第一比较器(VG1)和第二比较器(VG2)上提供所述至少一个输出信号(sout1(t)，sout2(t))，其中所述第一比较器(VG1)被形成为在所述至少一个输出信号(sout1(t)，sout2(t))达到第一基准电压(U1)的情况下提供第一比较器输出信号(PWM1)，并且其中所述第二比较器(VG2)被形成为在所述至少一个输出信号(sout1(t)，sout2(t))达到比所述第一基准电压(U1)大的第二基准电压(U2)的情况下提供第二比较器输出信号(PWM2)；c)使所述探针(3)放电；d)重复步骤a)到c)；其中所述第一比较器输出信号(PWM1)和所述第二比较器输出信号(PWM2)在评估过程(P1)的范围内被彼此相关。

【技术特征摘要】
2015.06.02 CH 00783/151.一种通过具有能移动的探针(3)的电容性地操作的测量装置(M)来检测在一装置(100)的容器(5)中的泡沫边界(2.1)的方法，其中至少一个输出信号(sout(t))被所述测量装置(M)处理，其中所述方法包括在执行所述探针(3)在所述容器(5)中的向上或者向下移动(B)时执行的如下步骤；a)通过预先确定输入信号(Sin(t))来执行充电过程；b)在第一比较器(VG1)和第二比较器(VG2)上提供所述至少一个输出信号(sout1(t)，sout2(t))，其中所述第一比较器(VG1)被形成为在所述至少一个输出信号(sout1(t)，sout2(t))达到第一基准电压(U1)的情况下提供第一比较器输出信号(PWM1)，并且其中所述第二比较器(VG2)被形成为在所述至少一个输出信号(sout1(t)，sout2(t))达到比所述第一基准电压(U1)大的第二基准电压(U2)的情况下提供第二比较器输出信号(PWM2)；c)使所述探针(3)放电；d)重复步骤a)到c)；其中所述第一比较器输出信号(PWM1)和所述第二比较器输出信号(PWM2)在评估过程(P1)的范围内被彼此相关。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一比较器输出信号(PWM1)和所述第二比较器输出信号(PWM2)在所述评估过程(P1)的范围内被彼此相关以确定B1.露出表面的探针的输出信号(sout1(t))在初始范围(＜Tx)内是否比浸入的探针的输出信号(sout2(t))上升得更快，以及B2.输出信号(sout1(t))在所述初始范围(＜Tx)之后是否比输出信号(sout2(t))上升得更慢，以及如果条件B1.和B2.都满足则输出泡沫边界(2.1)的检测(Kf)。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在执行所述探针(3)的向上或者向下移动(B)时，步骤a)到d)被执行多次，直到所述条件B1.和B2.都满足。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，以大于10kHz并且优选地大于100kHz的周期率来执行步骤a)到d)。5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一比较器输出信号(PWM1)和所述第二比较器输出信号(PWM2)是通过使用并联地开关的两个比较器(VG1，VG2)来提供的并且由控制模块(11)来使二者相关。6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述第一比较器输出信号(PWM1)和所述第二比较器输出信号(PWM2)涉及脉宽调制信号，它们由布置在所述比较器(VG1，VG2)的输出端侧上的进一步电路模块来在电路方面相关。7.如前述的权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一比较器输出信号(PWM1)被提供给第一低通滤波器(TP1)，并且所述第二比较器输出信号(PWM2)被提供给第二低通滤波器(TP2)，以获得第一模拟信号(a1(t))和第二模拟信号(a2(t))。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过第一带通滤波器(BP1)处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·邵尼，P·奥特，L·卡姆，P·兹宾登，
申请(专利权)人：泰肯贸易股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH