DE19850417C2 - Elektronische Dosiervorrichtung - Google Patents
Elektronische DosiervorrichtungInfo
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Classifications
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Dosiervorrichtung.
Elektronische Dosiervorrichtungen werden im Laboratorium zum Dosieren von Flüs
sigkeiten eingesetzt. Sie sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Nach dem
Luftpolsterprinzip arbeitende Dosiervorrichtungen haben eine integrierte Kolben-Zy
linder-Einheit, mittels der eine Luftsäule verschiebbar ist, um Probenflüssigkeit in
eine Doserspitze einzusaugen und aus dieser auszustoßen. Hierbei kommt die Kolben-
Zylinder-Einheit nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit. Nur die Dosierspitze, die in der
Regel aus Kunststoff besteht, wird kontaminiert und kann nach Gebrauch ausge
tauscht werden.
Bei Direktverdränger-Dosiervorrichtungen wird hingegen eine Spritze direkt mit Pro
benflüssigkeit befüllt. Kolben und Zylinder der Spritze werden also von der Flüssig
keit kontaminiert, so daß die Spritze vor einem Wechsel der Flüssigkeit zumeist durch
eine neue Spritze ersetzt oder gereinigt werden muß. Auch die Spritze besteht in der
Regel aus Kunststoff.
Kolbenlose Dosiervorrichtungen können eine Dosierspitze mit einem ballonartigen
Endabschnitt aufweisen, der zum Einsaugen von Flüssigkeit expandiert und zum Aus
stoßen komprimiert wird. Solche Dosierspitzen sind auch schon als Austauschteil
konzipiert worden.
Mikrodosiervorrichtungen können eine Mikromembranpumpe und/oder einen
Freistrahldosierer haben, wobei zumindest eine dieser Komponenten mikrosystem
technisch ausgeführt ist, insbesondere in Silizium-, Glas-, Kunststoffspritzguß-
und/oder Kunststoffprägetechnik. Die Dosierung wird durch Verformung einer Wand
einer Kammer erreicht, die mit Flüssigkeit befüllt ist. Der elektrische Antrieb zur Ver
formung der Wand kann piezoelektrisch, thermoelektrisch, elektromagnetisch, elek
trostatisch, elektromechanisch, magneto-restriktiv etc. sein.
Luftpolster-, Direktverdränger-, kolbenlose und Mikrodosiervorrichtungen können ein
unveränderliches oder ein veränderliches Dosiervolumen aufweisen. Eine Verände
rung des Dosiervolumens wird durch Verstellen der Verdrängung der Verdrängereinrichtung
erreicht, d. h. des Verschiebeweges des Kolbens oder des Verformungsgrades
des ballonartigen Endabschnittes bzw. der Kammerwand.
Dispenser sind Dosiervorrichtungen, die ein aufgenommenes Flüssigkeitsvolumen re
petitiv in kleinen Teilmengen abgeben können.
Außerdem gibt es Mehrkanal-Dosiervorrichtungen, die mehrere "Kanäle" aufweisen,
mittels derer gleichzeitig dosiert wird.
Sämtliche Dosiervorrichtungen können insbesondere als Handgerät und/oder statio
näre Geräte ausgeführt sein.
Alle vorgenannten Dosiervorrichtungen können elektronische Dosiervorrichtungen im
Sinne dieser Anmeldung sein. Dabei weisen sie eine Antriebseinrichtung mit einem
elektrischen Antrieb zum Antreiben einer Verdrängungseinrichtung auf, bei der es
sich um die Kolben-Zylinder-Einheit oder um den ballonartigen Endabschnitt einer
Dosierspitze oder um eine Kammer mit verformbarer Wand handeln kann. Der elek
trische Antrieb kann insbesondere ein elektrischer Antriebsmotor, elektrischer Line
arantrieb oder einer der im Zusammenhang mit den Mikrodosiervorrichtungen ge
nannten elektrischen Antriebe sein. Zudem ist eine elektronische Steuereinrichtung für
den Antrieb und eine -elektrische Spannungsquelle zur Versorgung von Steuerein
richtung und Antrieb vorhanden. Elektronische Dosiervorrichtungen haben insbesondere
den Vorteil der hohen Reproduzierbarkeit von Dosierungen. Insbesondere durch
voreingestellte konstante Dosiergeschwindigkeiten (µl/s) können exaktere Ergebnisse
erzielt werden als mit manuell angetriebenen Dosiervorrichtungen. Außerdem haben
sie den Vorteil eines breiten Anwendungsgebietes, da sie sowohl einfache Pipettier
funktionen als auch Dispenserfunktionen ausfüllen können. Die elektrische Span
nungsduelle kann eine Batterie, einen Akku und/oder ein Netzteil umfassen.
Bei herkömmlichen elektronischen Dosiervorrichtungen ist die elektrische Span
nungsquelle so dimensioniert, daß sie im Normalzustand eine ausreichende Leistung
für den Antrieb bei sämtlichen Betriebslasten der Antriebseinrichtung zur Verfügung
stellt. Bei einer Batterie oder einem Akku erfordert dies eine entsprechende Anzahl
Zellen. Dennoch kann es mit fortschreitender Entladung und damit absinkender Spei
sespannung vermehrt zu Betriebsstörungen kommen. Mit absinkender Speisespannung
nimmt nämlich das Drehmoment des Antriebs ab, so daß die Antriebseinrichtung die
Verdrängungseinrichtung nicht mehr bei sämtlichen auftretenden Belastungen in der
gewünschten Weise antreibt. Insbesondere bei Ausführung des Antriebs als
Schrittmotor können Schritte verlorengehen und hierdurch Dosierfehler entstehen.
Deshalb ist für einen zuverlässigen Betrieb über eine gewünschte Zeit eine aufwen
dige Batterie- oder Akkuversorgung mit entsprechenden Kosten, Volumen und Ge
wicht erforderlich. Gleiches gilt bei Ausführung der elektrischen Spannungsquelle als
Netzteil.
Aus der DE 35 31 241 A1 ist eine Vorrichtung zur gesteuerten Ausgabe von Flüs
sigkeiten bekannt, mit einer Kanüle zur Aufnahme der Flüssigkeit und einem axial
bewegbaren Druckgeber an einem Ende der Kanüle, wobei zwischen Kanüle und
Druckgeber insbesondere eine in ihrem Volumen gleichbleibende Verbindung an
geordnet ist. Zwischen Druckgeber und Kanüle, insbesondere in der Verbindung,
ist wenigstens ein Drucksensor angeordnet und eine Regelverbindung ist zwischen
dem Drucksensor und einer Antriebseinrichtung für den Druckgeber vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drucksensor mit dem Eingang
einer Recheneinrichtung verbunden, an deren Ausgang die Antriebseinrichtung
angeschlossen ist. Die Recheneinrichtung weist Programmspeicher mit Steuer
kennlinien auf, welche in Abhängigkeit von der Flüssigkeit und/oder der Form der
Kanüle einstellbar sind. Dadurch läßt sich eine sehr feinfühlige Anpassung an die
jeweiligen Bedingungen erreichen und die Flüssigkeiten sind in optimaler Weise zu
dosieren, wobei zugleich auch die Rückhaltung oder eine gewissen Rücksaugung
der Flüssigkeit erreichbar sind. Die Vorrichtung ist mit einem Spannungs- und
Stromversorgungsteil mit Netzanschluß ausgeführt. Dieses ist verhältnismäßig
aufwendig, um eine ausreichende Leistung für sämtliche Lastsituationen der An
triebseinrichtung zur Verfügung zu stellen.
Aus der US 5 343 769 ist eine Pipette bekannt, die einen Antriebsmotor mit einer
Spannungssteuerung aufweist. Diese bewirkt eine abschließende Verzögerung des
Kolbens durch Reduzieren der Versorgungsspannung des Antriebsmotors. Auch
diese Vorrichtung bedarf einer relativ aufwendigen elektrischen Spannungsquelle.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische
Dosiervorrichtung zu schaffen, bei der der Aufwand für die elektrische Spannungs
quelle, insbesondere deren Kosten, Platzbedarf und Gewicht, vermindert ist und der
Antrieb dennoch bei sämtlichen betrieblichen Lasten mit der erforderlichen
Spannung versorgt wird.
Die Aufgabe wird durch eine elektronische Dosiervorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektronischen Dosier
vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße elektronische Dosiervorrichtung hat
- - eine einen elektrischen Antrieb aufweisende Antriebseinrichtung,
- - mindestens eine von der Antriebseinrichtung antreibbare Verdrängungsein richtung zum Dosieren von Flüssigkeit,
- - eine elektrische Spannungsquelle und
- - eine elektronische Steuer- und/oder Regeleinrichtung für den Antrieb mit einem Wandler, die eine von der elektrischen Spannungsquelle gelieferte Speisespan nung in eine in der Höhe auf die jeweilige Last der Antriebseinrichtung abge stimmte Versorgungsspannung für den Antrieb umwandelt, wobei der Wandler die Versorgungsspannung auf dem Niveau der Speisespannung und darüber liefert.
Erfindungsgemäß stellt also die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dem Antrieb
über einen Wandler eine auf die jeweilige Last der Antriebseinrichtung abge
stimmte Versorgungsspannung
zur Verfügung. So kann sie beispielsweise zu Beginn eines An
triebsvorganges die Versorgungsspannung erhöhen, um Anlaufwiderstände der Ver
drängungseinrichtung zu überwinden. Danach kann sie die Versorgungsspannung auf
einen Nominalwert absenken, der für einen weiteren Antrieb der in Bewegung ver
setzten Verdrängungseinrichtung ausreicht. Falls die Dosiervorrichtung mit ver
schiedenen Verdrängungseinrichtungen bestückbar ist, die unterschiedliche Lasten für
die Antriebseinrichtungen darstellen, beispielsweise Spritzen verschiedener Größe,
kann die Versorgungsspannung auf die jeweilige Verdrängungseinrichtung abge
stimmt werden. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung steuert den Betrieb der
Dosiervorrichtung, beispielsweise gemäß Steuerbefehlen, die über eine Tastatur ein
gegeben werden können, so daß sie den jeweiligen Betriebszustand der Dosiervor
richtung kennt. Nach vorbestimmten Kriterien kann die Steuer- und/oder Regelein
richtung zu jedem Betriebszustand eine geeignete Versorgungsspannung herausfinden
und über den Wandler zur Verfügung stellen. Zudem kann eine Information über die
jeweils vorhandene Verdrängungseinrichtung, z. B. eine Codierung einer Spritze,
automatisch von der Dosiervorrichtung gelesen oder gesondert eingegeben werden.
Des weiteren kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung die jeweilige Last, die durch
äußere Einflüsse unvorhersehbar verändert werden kann, ermitteln und aufgrund des
Ermittlungsergebnisses die Versorgungsspannung regeln. So kann die Abstimmung
der Versorgungsspannung auf die jeweilige Last erreicht werden.
Die Erfindung ist nicht auf den Einsatz eines Aufwärtswandlers beschränkt. Einbezo
gen ist auch der Fall, bei dem die vom elektrischen Antrieb benötigte Versorgungs
spannung unter der Speisespannung der Spannungsversorgung liegt. So stehen zum
Beispiel Lithium-Ionen-(Li-Ion-)Akkus zur Verfügung, die eine verhältnismäßig hohe
Spannung (ca. 3 V pro Zelle) liefern, so daß durch Serienschaltung nur weniger Zellen
eine verhältnismäßig hohe Speisespannung zur Verfügung gestellt werden kann. Im
Stand der Technik wird - insbesondere bei Einsatz von Schrittmotoren - bei geringer
Last der Antriebseinrichtung die hohe Speisespannung teilweise in Verlustwärme
umgesetzt. Das ist aus verschiedenen Gründen unerwünscht. Im Rahmen der Erfin
dung kann nun in solchen Fällen eine Abwärtswandlung der Speisespannung auf eine
Versorgungsspannung mit dem bei der jeweiligen Last benötigten Niveau erfolgen.
Auch ist von der Erfindung der Fall eingeschlossen, daß die Versorgungsspannung
vom Wandler sowohl herauf als auch heruntergesetzt wird, je nach Last der An
triebseinrichtung.
Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung hat den Vorteil, daß die elektrische Span
nungsquelle und der Antrieb auf eine durchschnittliche Last abgestimmt werden kön
nen. Bei erhöhten Lasten stellt der Wandler eine erhöhte Versorgungsspannung zur
Verfügung. Da diese nur kurzzeitig eintreten, ist keine Beschädigung des Antriebs
motors zu besorgen. Infolgedessen kommt die Dosiervorrichtung mit einer geringeren
Anzahl Batterie- oder Akkuzellen bzw. einem kleiner dimensionierten Netzteil als
herkömmliche Dosiervorrichtungen aus. Seitens der elektrischen Spannungsquelle ist
eine Kostenersparnis erzielbar, die die zusätzlichen Kosten für den Wandler über
steigt. Außerdem wird hierdurch der Platzbedarf für die Spannungsquelle verringert
und eine Gewichtsreduzierung der Dosiervorrichtung erreicht. Ein weiterer Vorteil be
steht darin, daß der Wandler zugleich eine Regelung der Versorgungsspannung er
möglicht, so daß diese vom Endladungszustand einer Batterie oder eines Akkumula
tors weitgehend unabhängig ist.
Der elektrische Antrieb kann insbesondere ein elektrischer Antriebsmotor, ein elektri
scher Linearantrieb oder einer der im Zusammenhang mit Mikrodosiervorrichtungen
erwähnten elektrischen Antriebe sein. Ein elektrischer Antriebsmotor kann insbeson
dere ein Schrittmotor sein, bei dem eine Impulssteuerung genau definierte Dosier
mengen oder Dosierschritte begünstigt. Zusätzlich oder statt dessen können genau de
finierte Dosiermengen insbesondere durch Endanschläge, Winkelcodierer oder Co
dierstreifen sichergestellt werden.
Ferner kann die Antriebseinrichtung ein Getriebe zum Umwandeln einer Drehbewe
gung einer Welle eines Antriebsmotors in eine lineare Antriebsbewegung für die Ver
drängungseinrichtung haben. Dies kann insbesondere der Fall sein, falls die Verdrän
gungseinrichtung eine Kolben-Zylinderanordnung aufweist. Dabei kann es sich um
die Spritze einer Direktverdränger- oder um die Verdrängungseinheit einer Luftpol
ster-Dosiervorrichtung handeln.
Die elektrische Spannungsquelle kann mindestens eine Batterie, mindestens einen
Akku und/oder ein Netzteil aufweisen. Insbesondere können NiMH-Akkus vorhanden
sein. Vorzugsweise wird durch zwei solcher Akkus eine Speisespannung von 2,4 Volt
zur Verfügung gestellt.
Der Wandler kann die Versorgungsspannung insbesondere etwa auf dem Niveau der
Speisespannung und darüber liefern. So kann die Versorgungsspannung in Höhe einer
Speisespannung von z. B. 2,4 Volt dazu benutzt werden, ein Haltemoment auf einen
Schrittmotor auszuüben, der auf eine Nominalspannung von z. B. 6 Volt ausgelegt ist.
Mangels eines solchen Haltemomentes besteht bei einem Schrittmotor beim Abbrem
sen eine Neigung zum Schwingen, so daß er eventuell noch einen oder mehrere unge
wünschte Schritte zurücklegt.
Vorzugsweise kann der Wandler die Versorgungsspannung auf verschiedenen diskre
ten oder kontinuierlichen Niveaus liefern. Davon kann eines der Erzeugung eines
Haltemomentes dienen. Ein weiteres Niveau kann die Nominalspannung sein, die der
Antriebsmotor bei durchschnittlicher Last benötigt. Darüber hinaus kann es ein er
höhtes Spannungsniveau für erhöhte Lasten geben. Dementsprechend kann die Steuer-
und/oder Regeleinrichtung die Versorgungsspannung beim Stoppen des An
triebsmotors auf dem niedrigen Niveau, bei durchschnittlicher Belastung auf dem
mittleren Niveau und bei erhöhter Belastung auf dem erhöhten Niveau liefern. Beispielsweise
kann die Versorgungsspannung die diskreten Werte 2,4 Volt, 6 Volt und 8 Volt
annehmen.
Vorzugsweise weist der Wandler einen Hochsetzsteller auf. Hochsetzsteller sind in
der Versorgungstechnik bekannte Schaltungen, mit denen eine Gleichspannung auf
ein höheres Niveau gebracht werden kann. Hochsetzsteller können eine Ausgangs
spannung über die Eingangsspannung stellen, wobei sie in der Regel die in einer In
duktivität gespeicherte Energie ausnutzen.
Vorzugsweise ist die elektronische Dosiervorrichtung als Handvorrichtung ausgeführt
und dementsprechend mit mindestens einer Batterie oder mindestens einem Ak
kumulator ausgestattet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen von Ausfüh
rungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Gesamtblockschaltbild der elektronischen Pipettiervorrichtung;
Fig. 2 einen Schaltplan des Hochsetzstellers derselben Pipettiervorrichtung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Spannungsversorgung des Antriebsmotors einer elek
tronischen. Pipettiervorrichtung.
Gemäß Fig. 1 besteht die elektronische Pipettiervorrichtung im wesentlichen aus sechs
Funktionsbereichen, nämlich einer Antriebseinrichtung 1, einer Verdrängungseinrich
tungs 2, einer elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 3, einer elektrischen
Spannungsquelle 4, einer Bedieneinrichtung 5 und einer Anzeigeeinrichtung 6. Sämt
liche Funktionsbereiche 1 bis 6 sind in oder an einem - nicht dargestellten - Pipet
tengehäuse einer Handpipette ausgebildet.
Die Antriebseinrichtung 1 weist einen elektrischen Antriebsmotor auf, der als
Schrittmotor 7 ausgeführt ist. Mittels des Schrittmotors 7 ist eine Achse 8 linear vor
und zurück verschiebbar. Außerdem gehört zur Antriebseinrichtung eine Motorenstufe
in Form zweier H-Brücken 9, die der Ansteuerung des Schrittmotors 7 dient. Diese
umfaßt in einer dem Fachmann bekannten Weise acht in H-Anordnung geschaltete
Leistungstransistoren, mit denen der Schrittmotor 7 über Versorgungsleitungen 10 in
Vorwärts- und Rückwärtsrichtung betrieben werden kann.
Die Verdrängungseinrichtung 2 weist einen Kolben 11 auf, der an der Achse 8 fixiert
ist. Der Kolben 11 ist in einem Zylinder 12 verschieblich. Dieser ist über einen Kanal
13 mit einer Pipettenspitze 14 verbunden, die von der Vorrichtung trennbar ist.
Zur elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 3 gehört ein Mikrocontroller
15, der insbesondere einen Timer, einen Arbeitsspeicher und einen nichtflüchtigen
Speicher integriert hat. Der Mikrocontroller steuert die H-Brücken über Steuerleitun
gen 16.
Dazu gehört ferner ein Aufwärtswandler 17 zum Erzeugen der Versorgungsspannung
des Schrittmotors 7, der über Versorgungsleitungen 18 die H-Brücken speist. Steuer
leitungen 19 verbinden den Mikrocontroller 15 mit dem Aufwärtswandler 17.
Weiterer Bestandteil der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 3 ist ein weiterer Auf
wärtswandler 20, der den Mikrocontroller 15 über weitere Versorgungsleitungen 21
versorgt.
Der Achse 8 des Schrittmotors 7 ist ein Endlagerschalter 22 zugeordnet, der über eine
Kontrolleitung 23 vom Mikrocontroller 15 überwacht wird, um eine Nullpunktein
stellung zu ermöglichen.
Die elektrische Spannungsquelle 4 umfaßt zwei NiMH-Akkus 24, deren Speisespan
nung über Speiseleitungen 25 dem Aufwärtswandler 17 und dem weiteren Aufwärts
wandler 20 zugeführt wird. Die Speisespannung der beiden Akkus 24 wird über Kon
trolleitungen 26 dem Mikrocontroller 15 zugeführt. Zudem gehört zu der elektrischen
Spannungsquelle 24 eine Ladestromsteuerung 27, die einerseits über Ladekontakte 28
mit einer externen Spannungsquelle verbindbar ist und andererseits über Ladeleitun
gen 29 mit den Akkus 24 verbunden ist. Die Ladestromsteuerung 27 ist außerdem
über Kontrolleitungen 30 für die Ladespannung und über Ladestromsteuerleitungen
31 jeweils mit dem Mikrocontroller 15 verbunden.
Die Bedieneinrichtung 5 umfaßt eine Eingabetastatur 32, die über Leitungen 33 an
den Mikrocontroller 15 angeschlossen ist. Ferner umfaßt sie Auslösetasten 34, die
über Leitungen 35 mit dem Mikrocontroller 15 verbunden ist.
Die Anzeigeeinrichtung 6 ist ein LCD-Display, das über Leitungen 36 mit dem Mi
krocontroller 15 verbunden ist, der eine Anzeigensteuerung enthält.
Grundsätzlich funktioniert die Pipettiervorrichtung folgendermaßen:
Die Steuersoftware ist im Mikrocontroller 15 gespeichert. Spezielle Pipettierparameter können vor einem Dosiervorgang mittels der Eingabetastatur 32 eingegeben werden. Mittels der Auslösetasten 34 sind einzelne Pipettiervorgänge auslösbar. Das Display 6 zeigt eingegebene Pipettierparameter, Steuerbefehle und Betriebszustände der Pipet tiervorrichtung an.
Die Steuersoftware ist im Mikrocontroller 15 gespeichert. Spezielle Pipettierparameter können vor einem Dosiervorgang mittels der Eingabetastatur 32 eingegeben werden. Mittels der Auslösetasten 34 sind einzelne Pipettiervorgänge auslösbar. Das Display 6 zeigt eingegebene Pipettierparameter, Steuerbefehle und Betriebszustände der Pipet tiervorrichtung an.
Die gesamte Speisespannung der zwei Akkuzellen 24 beträgt 2,4 Volt. Diese wird
vom weiteren Aufwärtswandler 20 auf 3,3 Volt Versorgungsspannung für den Mikro
controller 15 geregelt.
Je nach Ansteuerung über die Steuerleitung 19 schaltet der Aufwärtswandler 17 die
Speisespannung der Akkus 24 als Versorgungsspannung auf die Versorgungsleitungen
18 durch oder erhöht diese auf 6 oder 8 Volt. Da der Mikrocontroller den Betrieb des
Schrittmotors 7 über die Steuerleitungen 16 steuert, kennt er dessen jeweiligen Span
nungsbedarf und steuert den Aufwärtswandler 17 entsprechend.
Die Speisespannung wird vom Mikrocontroller 15 über die Kontrolleitungen 26 kon
trolliert. Fällt sie unter einen zulässigen Wert, wird vom Display 6 eine entsprechende
Information ausgegeben. Durch Anschluß der Ladekontakte 28 an ein externes
Netzteil kann im Bedarfsfalle eine Aufladung der Akkus 24 erfolgen. Über die Lade
stromsteuerleitungen 31 wird der Ladestrom entsprechend dem über die Kontrollei
tungen 30 ermittelten Ladezustand der Akkus 24 gesteuert.
Die Ausführung der Funktionsbereiche 1 bis 6 und der zugehörigen Funktionsblöcke
ist dem Fachmann geläufig. Ein Ausführungsbeispiel des Aufwärtswandlers 17 soll
jedoch anhand der Fig. 2 erläutert werden. Der Aufwärtswandler 17 umfaßt ein IC 37
der Art, das in Fachkreisen als "Hochsetzsteller" bekannt ist. Im Beispiel handelt es
sich um das IC MAX 608 der Firma Maxim. Das IC 37 ist in der üblichen Weise mit
Transistor 38, Widerstand 40, Kondensatoren 45 bis 50, Diode 51 und Induktivität 52
beschaltet. Das IC 37 regelt über die Spannungsrückführung bestehend aus Transistor
39 und Widerständen 41 bis 43 die Einschaltdauer des Transistors 38, wodurch die In
duktivität 52 mit Energie geladen wird. Diese Energie wird als zusätzliche Reihenspannungsquelle
während der Sperrphase des Transistors 38 an die Ausgangskonden
satoren 48 und 49 abgegeben. Dabei ist die Spannungsrückführung mittels des Kon
taktes 57 schaltbar. Wird der Kontakt 57 auf "low" gelegt, beträgt die Versorgungs
spannung 6 V, ist er auf "high" gelegt, beträgt sie 8 V.
Schließlich kann mittels des Kontaktes 58 Versorgungsspannung etwa auf den Wert
der Speisespannung eingestellt werden. Hierzu ist der Kontakt 58 von "low" auf
"high" umzuschalten.
Dementsprechend liegen die Speiseleitungen 25 an den Kontakten 53, 54 und die Ver
sorgungsleitungen 18 an den Kontakten 55, 56 an und sind die Steuerleitungen 19 an
die Kontakte 57, 58 angeschlossen.
Der Antriebsmotor 7 kann also mittels der elektronischen Steuereinrichtung 3 an drei
unterschiedlichen Spannungen betrieben werden:
- a) Der Mikrocontroller 15 legt den Kontakt 58 auf "high" und der Hochsetzsteller 37 ist nicht aktiv, so daß die Versorgungsspannung der Speisespannung minus der Verlustspannung der Diode 51 entspricht.
- b) Der Mikrocontroller 15 legt den Kontakt 57 des Hochsetzstellers auf "low", so daß der Transistor 39 angesteuert und das IC 37 aktiviert wird und der Aufwärts wandler 17 eine Versorgungsspannung von 6 Volt liefert.
- c) Der Mikrocontroller 15 legt den Kontakt 57 auf "high", so daß der Transistor 39 gesperrt und das IC 37 aktiviert wird und der Aufwärtswandler 17 eine Versor gungsspannung von 8 Volt zur Verfügung stellt.
Dabei gilt für den Aufwärtswandler
UA ≈ UE × (1 + t1/t2)
wobei UA die Versorgungsspannung und UE die Speisespannung ist. t1 ist die Zeit,
während der der Transistor 38 leitend ist und t2 ist die Zeit, während der der Transi
stor 38 gesperrt ist.
Leitet der Transistor 38 ebenso lange wie er sperrt, so stellt sich Ua ≈ 2 × Ue ein.
Sperrt der Transistor dagegen die ganze Zeit, so stellt sich Ua ≈ Ue ein.
Der Bereich, in dem die Spannungen hochgesetzt werden können, wird durch den re
sultierenden Strom und die eingesetzten Bauelemente begrenzt. Die Leistungsbilanz
bleibt annähernd konstant:
PE = PA
PE = PA
d. h.
UE × IE = Ua × Ia,
wobei PE die eingespeiste Leistung und PA die abgegebene Leistung und IE der einge
speiste Strom und IA der Versorgungsstrom ist. Somit erhöht sich der eingespeiste
Strom bei der Spannungshochsetzung nicht unbeträchtlich.
Die Erhöhung des Drehmoments des Antriebsmotors 7 resultiert aus dem festen Mo
torinnenwiderstand und der angehobenen treibenden Spannung UA. Die elektrische
Leistung, die im Motor umgesetzt wird, ist auch ein Maß des verfügbaren Mo
tordrehmomentes.
Von einem Motor mit 2 × 30 Ohm Wicklungswiderstand wird bei einer Versorgungs
spannung von 3 Volt eine maximale Leistung von
P = U2/(1/2 × R) = 0,6 Watt
umgesetzt. Wird dagegen die Spannung auf 8 Volt hochgesetzt, so wird die Leistung
auf 4,3 Watt erhöht. Die um etwa den Faktor 7 höhere Leistung kann vom Motor na
türlich nur für sehr kurze Zeiten umgesetzt werden, da sonst eine Überhitzung des
Motors stattfinden würde. Für die Überwindung der üblicherweise beim Betrieb elek
tronischer Pipettiervorrichtungen nur kurzfristig erhöhten Lasten ist dies jedoch ohne
weiteres möglich.
Die Fig. 3 verdeutlicht das Funktionsprinzip der Erfindung. Eine elektrische Span
nungsquelle 24 in Form einer Batterie, eines Akkus bzw. eines Netzteils liefert eine
niedrige Speisespannung an einen Aufwärtswandler 17. Dieser wird mittels Steuer
leitungen 19 über den Spannungsfaktor Nu digital oder analog gesteuert und liefert
dementsprechend eine Versorgungsspannung gemäß dem Produkt des Spannungsfak
tors Nu und der Speisespannung. Diese Versorgungsspannung treibt über die Mo
torendstufe 9 den Antriebsmotor 7 an. Grundsätzlich ist auch eine stufenlose Variation
des Spannungsfaktors Nu möglich, um eine feine Anpassung an den Leistungsbedarf
zu erzielen.
Claims (15)
1. Elektronische Dosiervorrichtung mit
einer einen elektrischen Antrieb (7) aufweisenden Antriebseinrichtung (1),
mindestens einer von der Antriebseinrichtung (1) antreibbaren Verdrängungs einrichtung (2) zum Pipettieren von Flüssigkeit,
einer elektrischen Spannungsquelle (4) und
einer elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung (3) für den Antriebs motor (7) mit einem Wandler (17), die eine von der elektrischen Span nungsquelle (4) gelieferte Speisespannung in eine in der Höhe auf die je weilige Last der Antriebseinrichtung (1) abgestimmte Versorgungsspannung für den Antriebsmotor (7) umwandelt, wobei der Wandler (17) die Versorgungsspannung auf dem Niveau der Speisespannung und darüber liefert.
einer einen elektrischen Antrieb (7) aufweisenden Antriebseinrichtung (1),
mindestens einer von der Antriebseinrichtung (1) antreibbaren Verdrängungs einrichtung (2) zum Pipettieren von Flüssigkeit,
einer elektrischen Spannungsquelle (4) und
einer elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung (3) für den Antriebs motor (7) mit einem Wandler (17), die eine von der elektrischen Span nungsquelle (4) gelieferte Speisespannung in eine in der Höhe auf die je weilige Last der Antriebseinrichtung (1) abgestimmte Versorgungsspannung für den Antriebsmotor (7) umwandelt, wobei der Wandler (17) die Versorgungsspannung auf dem Niveau der Speisespannung und darüber liefert.
2. Elektronische Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der der elektrische An
triebsmotor ein Schrittmotor (7) ist.
3. Elektronische Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Antriebs
einrichtung (1) ein Getriebe zum Umwandeln einer Drehbewegung an einer Welle
des Antriebsmotors (7) in eine lineare Antriebsbewegung für die Verdrängerein
richtung (2) hat.
4. Elektronische Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die
Verdrängereinrichtung (2) eine Kolben-Zylinderanordnung (11, 12) hat, die als
Spritze zum Aufnehmen der zu pipettierenden Flüssigkeit ausgebildet ist oder über
einen Kanal (13) mit einer Pipettenspitze (14) zum Aufnehmen der zu pipettieren
den Flüssigkeit verbunden ist.
5. Elektronische Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die
elektrische Spannungsquelle (4) mindestens eine Batterie, mindestens einen Akku
(24) und/oder ein Netzteil aufweist.
6. Elektronische Pipettiervorrichtung nach Anspruch 5, bei der die elektrische Span
nungsversorgung (4) z. B. NiMH-Akkus (24), NiCd-Akkus oder Li-Ion-Akkus
aufweist.
7. Elektronische Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der
Wandler (17) auch eine in der Höhe auf die jeweilige Last der Antriebseinrichtung
(1) abgestimmte Versorgungsspannung unterhalb des Niveaus der Speisespannung
liefert.
8. Elektronische Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der
Wandler (17) die Versorgungsspannung auf verschiedenen diskreten oder va
riablen Niveaus liefert.
9. Elektronische Pipettiervorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Wandler (17) die
Versorgungsspannung auf drei verschiedenen Niveaus liefert.
10. Elektronische Pipettiervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der der Wandler
(17) die Versorgungsspannung zumindest auf den Niveaus 2,4 Volt, 6 Volt und 8 Volt
liefert.
11. Elektronische Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die
Steuereinrichtung (1) die Versorgungsspannung beim Stoppen des Antriebsmotors
(7) auf einem niedrigen Niveau, bei normaler Last der Antriebseinrichtung (1) auf
einem mittleren Niveau und bei erhöhter Last der Antriebseinrichtung (1) auf ho
hem Niveau liefert.
12. Elektronische Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der
Wandler (17) einen Hochsetzsteller (37) aufweist.
13. Elektronische Pipettiervorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Wandler (17)
eine Induktivität (32) aufweist.
14. Elektronische Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die
Steuereinrichtung (3) den elektrischen Antriebsmotor (7) über H-Brücken (9)
steuert.
15. Elektronische Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die eine
Handpipettiervorrichtung ist.
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Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020108857A1 (en) | 2000-12-18 | 2002-08-15 | Michael Paschetto | Automated laboratory system and method |
DE102004016003B4 (de) * | 2004-04-01 | 2006-05-04 | Eppendorf Ag | Elektronische Pipette |
CN102735305B (zh) * | 2012-06-19 | 2014-05-07 | 浙江大学 | 一种伺服电机控制的燃料测量装置 |
JP6640998B2 (ja) | 2015-06-05 | 2020-02-05 | ミメタス ビー.ブイ. | マイクロ流体プレート |
CN113908899B (zh) * | 2021-09-17 | 2023-05-02 | 圣湘生物科技股份有限公司 | 移液装置、核酸提取、检测装置及移液器更换方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3531241A1 (de) * | 1985-08-31 | 1987-03-05 | Eppendorf Geraetebau Netheler | Vorrichtung zur gesteuerten ausgabe von fluessigkeiten |
US5343769A (en) * | 1990-05-04 | 1994-09-06 | Biohit Oy | Procedure for filling and emptying a pipette, and pipette |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4018362A (en) * | 1975-11-06 | 1977-04-19 | Union Chimique Continentale-U.C.C. | Automatic control for liquid flow |
US4071168A (en) * | 1976-04-22 | 1978-01-31 | Pettibone Corporation | Level control system for a rotary cone-type feed hopper |
CA1105956A (en) * | 1978-01-09 | 1981-07-28 | William J. Bourne | Applicator for granular material |
US4232255A (en) * | 1978-11-06 | 1980-11-04 | Carlen Eric T | Delivery control system for vehicle-mounted spreader |
US4475666A (en) * | 1981-08-31 | 1984-10-09 | American Hospital Supply Corporation | Automated liquid dispenser control |
US4671123A (en) * | 1984-02-16 | 1987-06-09 | Rainin Instrument Co., Inc. | Methods and apparatus for pipetting and/or titrating liquids using a hand held self-contained automated pipette |
US4616305A (en) * | 1985-02-11 | 1986-10-07 | Eaton Corporation | AC/DC power MOSFET reversing H-drive system |
US4964533A (en) * | 1985-03-18 | 1990-10-23 | Isco, Inc. | Pumping system |
US4988481A (en) * | 1989-01-30 | 1991-01-29 | Labsystems Oy | Electrical pipette |
CH678926A5 (de) * | 1989-04-04 | 1991-11-29 | Mettler Toledo Ag | |
JPH03188326A (ja) * | 1989-12-19 | 1991-08-16 | Aisan Ind Co Ltd | 電子式定量止水栓 |
GB9119448D0 (en) * | 1991-09-12 | 1991-10-23 | Vickers Systems Ltd | System controls |
US5269353A (en) * | 1992-10-29 | 1993-12-14 | Gilbarco, Inc. | Vapor pump control |
JP3188326B2 (ja) | 1992-11-06 | 2001-07-16 | 有限会社美濃資源開発 | 溶融スラグの高級資源化方法および低温窯業焼結体の製造方法 |
JPH08223993A (ja) * | 1995-02-16 | 1996-08-30 | Canon Inc | ステップモータの駆動制御装置 |
US5840346A (en) * | 1995-05-26 | 1998-11-24 | Hannaford; Christopher S. | Viscous material dispensing apparatus |
JP3648326B2 (ja) * | 1996-05-22 | 2005-05-18 | アロカ株式会社 | ピペット装置 |
JP3694755B2 (ja) * | 1996-07-22 | 2005-09-14 | アークレイ株式会社 | ピペッティング方法、ピペッティング装置、および記憶媒体 |
US5992686A (en) * | 1998-02-27 | 1999-11-30 | Fluid Research Corporation | Method and apparatus for dispensing liquids and solids |
US6254832B1 (en) * | 1999-03-05 | 2001-07-03 | Rainin Instrument Co., Inc. | Battery powered microprocessor controlled hand portable electronic pipette |
-
1998
- 1998-11-02 DE DE19850417A patent/DE19850417C2/de not_active Revoked
-
1999
- 1999-10-16 EP EP99120596A patent/EP0998979B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-10-16 DE DE59914784T patent/DE59914784D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-01 JP JP31062599A patent/JP4981200B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-01 US US09/431,456 patent/US6499365B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3531241A1 (de) * | 1985-08-31 | 1987-03-05 | Eppendorf Geraetebau Netheler | Vorrichtung zur gesteuerten ausgabe von fluessigkeiten |
US5343769A (en) * | 1990-05-04 | 1994-09-06 | Biohit Oy | Procedure for filling and emptying a pipette, and pipette |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19850417A1 (de) | 2000-05-11 |
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JP2000146663A (ja) | 2000-05-26 |
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