技术领域
本发明涉及分配或抽吸液体体积的方法，尤其是采用控制电磁阀的方法，以及涉及相应的分配器/移液装置。这样的装置可以是通常用于医学、药物和化学实验室的自动化液体处理系统的一部分，在实验室需要快速且可靠地处理大量的样本液体。所述控制电磁阀的方法例如可被采用來校准电磁阀的某些操作参数(例：保持电磁阀打开的时间)或监测电磁阀的操作。
背景技术
在医学、药物或化学业界进行大规模样本分析的实验室需要能够快速且可靠地处理大量液体的系统。这些过程的核心是样本液体的分配/移液。因此，自动化实验室系统通常包括位于工作台上操作液体容器的一个或以上的分配器/移液装置。可使用一个或以上的机器人(尤其是机械臂)操作那样的工作台表面。这样的机器人可运送诸如样本管或微板的液体容器。也可应用专用机器人作为机器人样本处理器(robotic sample processors,RSP)，这样的机器人样本处理器包括一个或多个用于分配和抽吸液体或仅用于输送液体的分配器/移液装置。中央处理器或电脑通常控制这些系统。这样的系统的主要优点在于其操作是完全不经人手。因此，这些系统可每次运行数小时或数天而无需人手介入。
为了保证高质量结果，那样的自动化液体处理系统必须能够非常精确地且在一段时间内稳定地处理预定的液体体积。一种通常用于分配和抽吸液体的技术使用诸如空气或(较难压缩的)工作液体的系统流体向具有附接的分配器/移液吸头的分配器/移液管施加压力源的压力，从而迫使例如样本液体或试剂离开吸头或抽吸样本液体或试剂进入吸头中。分配或抽吸的液体体积取决于压力和施加压力时间的长短。这样的技术因此称为「时间压力分配(/抽吸)」(time pressure dispensing(/aspirating)，TPD)。一般来说，施加于移液管的压力以及随后施加于待分配/抽吸的液体的压力由阀控制，使得藉由阀的打开，允许系统流体流过阀，将正或负压(相对于移液管的当前压力，例如大气压力)施加于移液管。典型地，采用的是电磁阀，其包括电磁铁线圈和形成柱塞的可移动锚定件，柱塞可在闭合位置与打开位置之间移动。经过阀的系统流体流以及因此分配或抽吸的液体体积取决于打开阀的所需时间、柱塞的打开位置(例：完全打开或仅部分地打开，这确定了系统流体的通道大小)、柱塞保持在打开位置的时间以及再次闭合阀的所需时间。因此，取决于阀的开关性能，由分配器/移液装置分配/抽吸的液体的量将有所不同而且尤其会随时间改变。液体处理系统的「变异系数」(coefficient of variation)(在液体处理领域一般称为CV，定义为一定时间内分配/抽吸的液体体积的标准偏差和分配/抽吸的液体的平均值的比率)会由于制造公差、老化、机械磨损、诸如温度和湿度等环境影响、例如压力、液体特性和电源电压等操作条件等因素而改变，而RSP中不同分配器/移液装置的「变异系数」会有所不同，以及该「变异系数」通常会随时间改变。
因此，存在一种对确保(例如就CV而言)精确且(例如就从指定目标体积实际分配/抽吸了的液体体积的偏差而言)准确地处理液体体积的经改良的装置的需求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种经改良的控制电磁阀的方法。该目的藉由在权利要求1提供的与控制电磁阀有关的步骤来达成。
此外，分别提供一种调节或校准电磁阀的性能的方法和一种监测电磁阀的方法为本发明的另一个目的。基于建议的控制电磁阀的方法，该目的分别由权利要求13和14实现。
再者，提供一种经改良的分配和/或抽吸液体体积的方法亦为本发明的目的。该目的藉由根据权利要求1的方法来达成。
本发明的另一目的为分别提供一种能够执行所建议的分配和/或抽吸方法的分配器/移液装置以及包括所建议的装置的自动化液体处理系统。该目的分别藉由根据权利要求15和18的装置和系统来达成。
根据本发明的方法和装置的特定实施例在从属权利要求中给出。
本发明提供一种控制电磁阀的方法，电磁阀包括电磁铁线圈和形成柱塞的可移动锚定件，其中所述柱塞可在闭合位置与打开位置之间移动，所述方法包括以下步骤：
-将打开电流作为驱动电流施加于所述电磁铁线圈以将所述柱塞从所述闭合位置推动到所述打开位置；
-测量所述电磁阀处的电容；
-基于所测量的电容确定所述柱塞的位置。
然后，可按照基于所测量的电容而确定的所述柱塞的位置来调节所施加的打开电流。
一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
-向所述电磁铁线圈施加作为所述驱动电流的保持电流，将所述柱塞保持在预定位置在一预定保持时间，尤其是保持在所述打开位置，所述保持电流尤其具有比所述打开电流小的幅度。
然后，可按照基于所测量的电容而确定的所述柱塞的位置来调节所施加的保持电流。
一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
-将闭合电流作为所述驱动电流施加于所述电磁铁线圈以将所述柱塞从所述打开位置推动到所述闭合位置，所述闭合电流尤其具有与所述打开电流相反的极性。
然后，可按照基于所测量的电容而确定的所述柱塞的位置来调节所施加的闭合电流。
当没有电流施加时，闭合弹簧通常作用于所述可移动锚定件，迫使所述柱塞移向所述闭合位置。然而，对于具有低于一毫秒的开关时间的快速阀，如特别是用于分配用途的快速阀，不会采用闭合弹簧，取而代之如上文所述般施加闭合电流。某些用途中，将会使用闭合弹簧，并且可能额外地施加闭合电流，例如为了能够控制诸如闭合速度闭合性能，以及例如为了使所述柱塞到达所述闭合位置之前减速，以避免强烈碰撞并从而增加阀的耐久性。
所述方法的另一个实施例中，所述电磁阀还包括与所述电磁阀的金属壳体电连接的固定锚定件，所述固定锚定件尤其与所述可移动锚定件同轴地布置且彼此接近，其中所述电磁铁线圈和所述壳体与电容测量单元连接以测量所述电容。
所述方法的另一个实施例中，所述测量电容的步骤包括以下步骤：
-施加测量电压于所述电磁铁线圈，
其中，施加的所述测量电压尤其是交流电(AC)信号、伪随机噪声信号(PRN)或指数函数成形信号。
所述方法的另一个实施例中，所述测量电压具有与所述驱动电流相异的频率，尤其是较高的频率，所述测量电压的频率尤其是高于1kHz，具体地高于10kHz，更具体地在100kHz至1MHz之间。一般而言，打开电流/电压、闭合电流/电压和保持电流/电压是DC(直流)信号。
所述方法的另一个实施例中，所述测量电压具有与驱动电压相异的幅度，尤其是较低的幅度，所述驱动电压与所述驱动电流相关联。例如，所述打开电压和闭合电压等于24VDC，所述保持电压等于6VDC以及所述测量电压在1VAC以下，例如50mVAC。
所述方法的另一个实施例中，所述测量电压叠加于与所述驱动电流相关联的驱动电压。
所述方法的另一个实施例中，施加的所述驱动电流是脉宽调制信号(PWM)，所述脉宽调制信号具有由有源相位和无源相位组成的占空比，其中所述驱动电流在所述无源相位期间是零。
或者，施加的所述驱动电流可以是脉幅调制信号(PAM)。
所述方法的另一个实施例中，所述测量电压仅存在于所述脉宽调制信号的占空比的无源相位期间。
另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
-根据所述柱塞的位置调节所述驱动电流，尤其是所述打开电流、所述保持电流和所述闭合电流中的至少一个，尤其是所述幅度，更具体地是所述脉宽调制信号的脉宽。
另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤中的至少一个：
-确定所述电磁阀的打开时间，所述打开时间是所述柱塞离开所述闭合位置与到达所述打开位置之间的时间间隔；
-确定所述电磁阀的闭合时间，所述闭合时间是所述柱塞离开所述打开位置与到达所述闭合位置之间的时间间隔，
以及还包括以下步骤中的至少一个：
-根据所述打开时间和/或所述闭合时间调节所述驱动电流，尤其是所述打开电流、所述保持电流和所述闭合电流中的至少一个，尤其是所述幅度，更具体地是所述脉宽调制信号的脉宽；
-根据所述打开时间和/或所述闭合时间提供故障指示，尤其是当所述打开时间超过第一预定值和/或当所述闭合时间超过第二预定值。
此外，本发明针对使用上文最后提到的方法，以根据已确定的打开时间和/或闭合时间调节或校准所述电磁阀的保持时间。
此外，本发明针对使用控制电磁阀的方法，以基于所述柱塞的位置监测所述电磁阀的操作。
此外，本发明针对分配或抽吸液体体积的方法，所述方法包括以下步骤：
-施加来自压力源的压力于系统流体；
-利用位于所述压力源与分配器或移液吸头之间的电磁阀控制所述系统流体流；以及
-根据所述系统流体流通过所述吸头的外部开口分配或抽吸所述液体体积，所述系统流体与待分配或抽吸的所述液体保持流体连通，
其中，控制所述流体流包括以下步骤：
-根据待分配或抽吸的所述液体体积确定流动时间；
-按照上文建议的控制电磁阀的方法来控制所述电磁阀，其中所述预定保持时间设定成所述流动时间。
必须注意的是，就分配器而言，待分配的液体本身可作为系统流体。因此，所述系统流体和所述待分配的液体将被看作是相同的。
所述方法的一个实施例中，在所述压力源与所述吸头之间互相连接用于限制所述流体流的限流器，例如毛细管，所述限流器的流阻尤其是所述吸头的外部开口的流阻的至少两倍。
此外，本发明针对一种分配器/移液装置，所述分配器/移液装置包括：
-适于将压力施加于系统流体的压力源，所述系统流体与待分配或抽吸的液体保持流体连通；
-电磁阀，所述电磁阀包括电磁铁线圈和形成柱塞的可移动锚定件，其中所述柱塞可在闭合位置与打开位置之间移动；
-具有外部开口的分配器或移液吸头，通过所述外部开口分配或抽吸所述液体；
-适于测量所述电磁阀处的电容的电容测量单元；以及
-适于通过所述电磁阀控制所述系统流体流的控制单元，所述电磁阀位于所述压力源与所述吸头之间，
其中，所述控制单元适于：
-根据待分配或抽吸的液体体积确定流动时间；
-根据上文建议的控制电磁阀的方法控制所述电磁阀，其中所述预定保持时间设定成所述流动时间。
所述装置的一个实施例中，所述电磁阀还包括与所述电磁阀的金属壳体电连接的固定锚定件，所述固定锚定件尤其与所述可移动锚定件同轴地布置且彼此接近，其中所述电磁铁线圈和所述壳体与电容测量单元连接以测量所述电容。
另一个实施例中，所述装置还包括限流器，例如毛细管，所述限流器适于限制所述流体流和在所述压力源与所述吸头之间互相连接，所述限流器的流阻尤其是所述吸头的外部开口的流阻的至少两倍。
此外，本发明针对包括上述装置的一种自动化液体处理系统。
特别指出的是组合上述实施例可产生更多及更具体的实施例。
附图说明
以下将使用非限制性实施例并参考附图来对本发明加以说明，其中附图所示如下：
图1示出了根据本发明的分配器/移液装置；
图2示出了的示意性视图表示根据本发明的电磁阀
a)处于打开位置的实施例，以及
b)处于闭合位置的实施例；以及
图3示出的示例性曲线图表示：
a)作为PWM信号施加于电磁阀的电磁铁线圈的驱动电压与交错的测量电压一起随时间的进展，
b)作为PAM信号施加于电磁铁线圈的驱动电压与叠加的测量电压一起随时间的进展，以及
c)由于施加驱动电压于电磁铁线圈而导致的电磁阀的柱塞的位置。
具体实施方式
图1描绘了根据本发明的分配器/移液装置。可使用压力开关装置2的正压力源1
如果液体8将被分配，比当前施加于液体8的压力高的压力(例如高于大气压力之上)将被施加于系统流体9，亦即正压力源1
如果液体8将被抽吸，比当前施加于液体8的压力低的压力(例如低于大气压力)将被施加于系统流体9，亦即负压力源1-被压力开关装置2选择，例如，位于负压力源1-的输出的阀是打开的，而位于正压力源1
如前所述，经分配/抽吸的液体8的量/体积基于电磁阀的制造公差、老化、机械磨损、以至诸如温度和湿度等环境影响、诸如压力、液体特性和电源电压等操作条件等因素而改变。所有而RSP中不同分配器/移液装置的「变异系数」会有所不同，以及该「变异系数」通常会随时间改变。所有这些影响可导致电磁阀3的开关性能改变，例如，打开和闭合时间增加，以致打开和闭合时间变成不可忽略(或至少随时间过去出现与初值相异的数值)。此外，系统流体9的流动随时间减少，例如，当电磁阀3(例如因堵塞)受阻而不能完全打开。这将减小在固定的保持时间T
图2示出了包括电磁铁线圈13和形成柱塞14的可移动锚定件。为了打开电磁阀3，打开电流作为驱动电流施加于电磁铁线圈13，以将柱塞14从闭合位置P
一般而言，闭合弹簧15布置在可移动锚定件以施加闭合力，该闭合力将柱塞14朝闭合位置P
开路控制系统中，驱动电流经预先调节至一定水平以打开、保持打开和闭合电磁阀3。同样地，保持时间T
为允许电磁阀3的闭路控制，反馈信号是必需的。这可借着使用本发明测量电磁阀3处的电容或电磁阀3的电容来实现。如由图2的a)示出的大电容器和图2的b)示出的小电容器所示，所测量的电容根据柱塞14的位置P而改变，在图2的a)，电磁阀3是打开的以及所述可移动锚定件的大部分退回电磁铁线圈13内，(柱塞14在打开位置P
当电磁阀3例如包括固定锚定件，所述固定锚定件与所述可移动锚定件同轴地布置且彼此接近，并且电连接至电磁阀3的金属壳体17，电磁铁线圈13和壳体17可与电容测量单元11连接以测量电容。可借着施加测量电压和驱动电流(例如将测量信号叠加于驱动信号上)于电磁铁线圈13来进行电容测量。因此所述测量信号可以是交流电信号、伪随机噪声信号或指数函数成形信号。此外，所述测量信号何所述驱动信号可具有不同频率，以便可容器地将两者彼此分开，例如可使用高通滤波器将两者彼此分开。
为实现电磁阀3的闭路控制，可根据基于所测量的电容确定的所述柱塞的位置P来调节所施加的驱动电流。这允许实现目标打开时间、目标保持时间和目标闭合时间，即使存在电磁阀的制造公差、老化、机械磨损、以至诸如温度和湿度等环境影响、诸如压力、液体特性和电源电压等操作条件。
图3显示驱动电磁阀3的两个不同例子的曲线图。图3的a)示出了作为作为脉宽调制信号(PWM)施加的驱动电压u
附图标记列表
1
1
2 压力开关装置
3 电磁阀
4 限流器，例如毛细管
5 移液管
6 分配器/移液吸头
7 吸头开口
8 液体
9 系统流体
10 空气
11 电容测量单元
12 控制单元
13 电磁铁线圈
14 柱塞(可移动锚定件)
15 闭合弹簧
16 通道
17 壳体
P 柱塞的位置
P
P
t 时间
T
T
T
u
机译： 一种使用电磁阀及相应的分配器/点胶装置分配或抽吸液体体积的方法
机译： 用于控制磁性阀的方法和用于分配或吸出液体体积的方法以及相应的分配器/移液装置
机译： 自动移液装置及使用该自动移液装置分配液体的方法
