专利名称：用于填充液位检测的电容测量方法和装置以及相应配置的试验设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及填充液位检测的电容式测量方法和装置及其相应配置的试验设备。特别的，本发明涉及设计为用于确定多个容器填充液位的试验设备。
背景技术：
电容式传感器在某些情况下用于测量例如压力，填充液位，体积，或者相关的介电指数的物理量。这些传感器检测独立的电容或者整个电容网络的电容值的变化，获得所述电容值的变化作为被测物理量的响应。通过测量传感器的电容，被测物理量能够因此被观察到。电容式传感器既可单独使用，也可以排列为空间上紧密相邻的多个传感器。电容式单传感器用于例如压力，加速度，位置的测量。电容式排列多传感器系统用于例如电容式触摸板或电容式指纹传感器。图1示出具有多个电容式(测量)传感器的电容式传感器排列1例子的图解说明，
所述传感器排列由一个公用的发射电极S和多个接收电极E1，E2，......形成。公用发射
电极S供所有传感器使用。接收电极E1，E2......与发射电极S间隔开设置。信号源2用
来激活或者操作传感器排列1。使用这样的具有多个电容式传感器的传感器排列1，可检测和扫描三维绝缘或导体结构。例如，用于硬币上的压花图案(导体结构的例子)或者例如在移液自动装置中使用的微量盘的填充液位(绝缘体的例子)的检测和扫描。该方式的具体细节可通过W02008/064500A2中所公开的内容获得。在许多试验系统和医疗以及制药设备中，在试管，微量盘或类似装置中确定含量或填充液位都是很重要的。特别是引入了自动化测量或实验程序后这种确定更为重要。填充液位的确定通常借助于液位的检测，例如确定空气和液体间相界面的位置。这一方法也被称为液面检测(LLD)。而在所谓的液体到达检测(LAC)中，确定液体是否进入容器或者液体的体积或总量是否发生变化。在过去的几年中，试验设备越来越精确和复杂。向高度集成，自动化和并行的趋势发展。由此产生了空间上高度压缩的独立器件。这种压缩带来的不仅是机械和其他技术问题，还包括由于邻近的测量通道间的串扰或其他方面造成的相互影响所导致电子评估能力的精确度问题。多种装置与盘或者在一个非常狭窄的空间具有大量液体容器的容器一起操作。这里特别涉及微量盘或多井板或微量滴定板(cf. ANSI/SBS标准1-2004)，其例如具有96个紧密相邻设置的液体容器(被称为“井”)。有时，这些微量盘不能从后侧进入，因为微量盘被设计成固定在后侧，或者由于其具有多个网络以及其它元件而为微量盘处理提供稳定性。 然而，发明有意地使电极对设置在后侧而实现非接触式的填充液位测量。现有的确定填充液位的方法，例如基于超声波的操作，往往需要几分钟来测量一个微量盘。此外，超声波方法相对地不够精确并且其分辨率只有25μ 1。泡沫，弯液面效应， 以及其它几何效应都不能由这种超声波方法可靠的确定或识别。
一些解决方法利用电极来进行容器中填充液位的电容式测量。已知一个典型的解决方法，例如，文献GB2040464A中所公开的内容。在这种方法中，两个平行的电极板牢牢固定在容器中。所述文献涉及例如水罐和其他类似罐的储罐中的液位测量。进一步的确定容器中填充液位的电容式测量方法由未经审查的专利申请公开文本DE19645970A1所公开。根据这一未经审查的专利申请，一个发射电极和一个接收电极彼此对立设置。电极由测量电路连接。另一个使电极和容器牢固连接的方法可由例如JP11014430A(申请号为 JP19970166153)而获知。JP11014430A所公开的解决方法涉及确定容器中液体表面的位置。这些方法并不适于复杂的试验系统和医学及制药设备的情形，或者仅勉强适用。 特别的，这些方法对于紧密相邻的容器的填充液位的单独确定都无法获得足够的分别率。 此外，如果将所指示解决方法应用于具有大量容器的组，则成本过于昂贵。另外，可达到的测量精度不够。随着试验设备自动化程度越来越高，需要配置相应的工艺步骤，从而只要很少的人工干预。与此同时，必须考虑到，例如，在自动化的试验设备中，会出现利用之前的自动化试验设备无法自动解决的情况。文献W02008/064500A2是最接近的现有技术。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于在多个紧密相邻的容器中确定填充液位或者检测介质总量(如液体总量)的装置和方法。该装置或方法应在任何时候甚至是测量一组容器填充液位时也能提供可靠及精确的结果。此外，还涉及提供相应的试验设备。方法或装置或试验设备优选的设计成不需要人工干预。装置应尽可能设计为使得它可集成为其它(试验)设备中的一个模块或组件或可附连到其上。这些目标由本发明权利要求1所述的装置，权利要求13的方法和权利要求权利12 所述的试验设备来实现。本发明的所述装置按权利要求1所述的技术特征实现。本发明所述方法按权利要求13所述特征实现，本发明的试验设备按权利要求12所述特征实现。本发明基于利用多个电极的电容网或网络的测量。在一些实施例中，电极设计成独立电极，其不与容器连接，甚至不集成在容器中。在另一些实施例中，电极可牢固设置在容器内或上。在所有的实施例中，电容网或网络优选地在执行测量方法期间或之前通过调整例如电极接线来配置。在所有的实施例中，本发明基于在发射电极和接收电极之间的每一介质影响接收信号的原理。信号影响的强度取决于可在介质中累积或转移的电荷的数量。这些电荷起源于绝缘介质(束缚极化电荷)，所述绝缘介质例如蒸馏水或塑料。电荷以自由表面电荷的形式在导电介质中产生。这是例如在盐水，血液，金属等等中的情况。在非导电介质中，电容量的增加是通过相应的介电常数获得。电容效应的增加与电极间介质的体积相关联。另一方面，在导电介质中，其只具有前面提及的表面电荷。因此，还有涉及介质的几何形状(例如整个表面的尺寸)的问题而不仅是体积。进一步的，应该意识到，导电介质在高于特定频率(即麦克斯韦频率)时会转化为非导体。在优选实施例中，本发明进一步地基于下述方法，至少一些电极通过线路的配置能获得多种需要的预定电压值，作为结果，在电极的电容网络中的各种寄生电容可无效。本发明同样基于以下发现，在电容式填充液位测量中，接收信号直接取决于电阻或电容，也即是液体的介电常数，以及因此取决于液体总量。此外，容器和电极的几何排列在此发挥作用。因此，本发明可提供通用的装置和试验设备，在最多样化情况下其提供可靠的检测结果，并满足最多样化的要求。根据本发明的装置，本发明的试验设备，和本发明的测量方法，在具体实施例和附图中详细说明，但本发明的范围并不仅限于此。
附图1是根据现有技术的试验设备一部分的侧视图；附图2A根据本发明的具有两个直径上对置电极的单个容器的俯视图；附图2B根据本发明的由3个电极和两个容器组成线性组的俯视图；附图2C根据本发明的由4个电极和3个容器组成的线性组的俯视图；附图2D根据本发明的由5个电极和4个容器组成的二维组的俯视图；附图2E根据本发明的由8个电极和9个容器组成的二维组的俯视图；附图3根据本发明的由10个电极和7个容器组成的进一步的二维组的俯视图；附图4A根据本发明的第一电极的侧视图；附图4B根据附图4A中第一电极的剖面图；附图5A根据本发明的第二电极的侧视图；附图5B根据附图5A中第二电极的剖面图；附图6A根据本发明的第三电极的侧视图；附图6B根据附图6A中第三电极的剖面图；附图7A另一个电极的剖面图；附图7B另一个电极的剖面图；附图7C另一个电极的剖面图；附图8根据本发明的具有基板的另一个电极的剖面图；附图9根据本发明的具有一体成型的电极的基板的剖面图；附图10根据本发明的3个电极的基板和由2个容器组成的容器组以及电气布线的侧视图；附图11根据本发明的3个电极的基板和由3个容器组成的容器组的侧视图；附图12根据本发明的根据附图2A的容器和电气布线的俯视图；附图13根据本发明的8个电极，9个容器以及电气布线组的俯视图；附图14根据本发明的4个电极，5个容器及电气布线组的等效电路图；附图15根据本发明的一个优选实施例的等效电路图；附图16A根据本发明的具有117个电极和8X 12个容器组的俯视图；附图16B根据本发明的具有59个电极和8X 12个容器组的俯视图；附图17A根据本发明的具有8X 12个容器和具有电极的基板组的俯视图附图17B根据附图17A的的组件的剖视图； 附图18根据本发明的有4X5个容器的组及电极排列的俯视图； 附图19根据本发明的4X5个容器的组及另一种电极排列的俯视图； 附图20根据本发明的4X5个容器的组及另一种电极排列的俯视图。 附图标记清单传感器排列 1 信号源2液体3
容器5,5. 1,5. 2-5. N
周边液体容器6
组10
(微量)盘11
网络12
基本模块20
锯齿线21
发射器51
接收器52 ；52.1 至 52. N
有效发射器53
有效接收器54
(正弦)发生器55
输出端56
发射电路57
接收电路58 ；58. 1
电容液体检测装置60
评估模块70
多路转换器71
存储器72
串扰模块73
装置100
中间部101
水平基板200
柱状电极201 ；201
电连接线202
绝缘区域203
导电区域204
销205
导电表面206
通孔2070088]实验设备4000089]行距AR0090]列距AS0091]矩形宽度，接地端BG0092]电容C0093]电容Cg0094]容器电容Cw0095]电容Cx0096]圆形电极直径0DE0097]容器阻抗Rw0098]接收器电极El, E0099]地G0100]电极总数K0101]长度L0102]容器数量N0103]有效可用容器数量Nl0104]行R0105]电阻RA0106]输出信号r(t) ；rl0107]发射器电极S0108]列Sp0109]输入信号s(t)0110]深度T0111]矩形接地端深度TG0112]电源正极V+0113]接地阻抗Zg0114]容器阻抗Zw0115]串扰阻抗Ζχ0116]复阻抗7 71 厶 tot' 1^lXoX
具体实施例方式以下描述了本发明的有利实施例，这些包括示例性实施例。这些既包括整个发明的多种配置，还包括本发明的组件和个别零件。原则上，多个实施例描述的组件和个别零件可相互结合使用，或者某个实施例的组件和个别零件可被其它实施例中的组件和个别零件所替换。任何本领域技术人员都熟悉实现这些结合可能需要的小调整，例如使组件和个别零件协作或相互结合，因此不再进行描述。在下文中通过使用相应的没有索引或添加的附图标记来整体地引用多个结构单元或元件。例如，电极整体的附图标记设定为201。另一方面，单独的电极，设定为 201. 1-201. K(这里K为大于等于3的整数)。其它的附图标记与此类似。
结合本发明，试验设备400涉及很多方面。包括装备有如液体探测手段的设备，系统，安装，装置，处理中心(也可指定为“工作站”或“液体处理平台”以及现有的，例如Tecan Trading AG公司的产品Freedom EVO :)以及类似物。根据本发明的装置100是试验设备400的一个单元，一个组件或一个元件。一个试验设备400本身可具有如多个相同的装置100或多个不同的装置100。根据本发明的装置100，可不仅用来检测液体，还可用来检测其它介质(如粉末，颗粒，薄片等类似物质)。术语模块在此用来描述功能组，所述功能组可由硬件，软件或硬件与软件的结合来实现。术语“组” 10在此用来描述多个相同的或类型相同的容器5的规则性排列。容器 5设置为彼此横向紧密相邻的规则排列，即容器5设置为均勻分布在一个平面上。优选的， 所有容器5具有相同的形状和大小且都是竖直的。组10中的容器5优选的设置在具有多行R和多列Sp的网格网络中。在行R与列Sp的交叉区域，具有空位(称为工作区)，在完全占据网格中所有空位分别由一个容器5占据。然而，组中也可以不是所有空位都被占据。网格网络同时定义了工作区。这些工作区就本发明的意义上而言，具有中央区，中央区在每个作为发射器S的电极201和空间分开(临近)的作为接收器的电极201之间。 基于电极201的一个实施例，工作区具有圆形截面(相对于由基板200定义的水平面E)，所述圆形截面大致与容器5的外部截面相对应。工作区的三维形状可以例如具有圆柱形或者可包括圆锥或截锥形(如附图11所公开的实施例)。在一个优选实施例中，工作区的形状与容器5的外形(贝壳形)相对应。在图2A-2E，3，12，13，14，15，17A, 17B, 18，19A，20，21 和 22 中，水平面 E 在图中平
面上放置。图2A示出了根据本发明的组10的基本模块20。图2A显示了具有一行R. 1 (R = 1) 一列Sp. 1 (Sp = 1)的网格，所述网格只具有一个空位。单个容器5设置在所述一个空位中。图2A也示出了两个直径上相互对置的柱状电极201. 1，201. 2。第一电极201. 1设置在左上角，第二电极201. 2设置在右下角。图2B至2E示出了根据本发明的组10的一些例子，每个都具有柱状电极201。但是如下面将要描述的，电极201也可具有不同的形状。以下术语用来表现和描述组10 :R给出行的数量；Sp给出列的数量，网格具有行和列，所述行列相互垂直，所述网格的列宽(称为列间隔AS)和行高(称为行间隔AR)优选为相同值。如果AS = AR,空位为正方形。N给出容器5的总数，K给出电极201的总数。每个列的区别方法如下Sp. 1定义为第一列，Sp. 2定义为第二列，以此类推。每个行的区别方法如下R. 1定义为第一行，R. 2定义为第二行，以此类推。图2B示出第一个线性组10，其定义如下R =2，Sp = 2，N = 2，K = 3。因此，具有这样一个组10，其空位并未全部占据。图2C示出第二个线性组10，其定义如下R =3，Sp = 3，N = 3，K = 4。因此，具有这样另一个组10，其空位并未全部占据。更大线性组10的示例数值可根据下面的表1来推导。电极201的活动和被动之间有差别。活动电极作为发射器( 和/或接收器(R)和/或虚拟接地。被动电极接地， 即放在地电位。
表1:线性组10
权利要求
1.一种用于电容式检测一组(10)按规则设置的具有相同尺寸的容器(5)中独立容器 (5)中的填充液位的装置(100)，其中所述装置(100)包括发射电极( 和接收电极(R)以及用于执行电容测量的测量电路，其中所述测量电路包括发射电路(57)和接收电路(58)， 所述装置(100)包括-具有多个电极O01)的水平基板000)，所述电极在一个方向上伸出由基板(200)确定的水平面(E)，并且相互间统一间隔分开，从而形成多个尺寸相同的工作区，-多个连接线002)，通过所述多个连接线002)，部分电极O01)与发射电路(57)相连并由所述发射电路(57)控制，部分电极(201)连接到接收电路(58)并由所述接收电路 (58)读取，其中，在水平面(E)上的每个工作区，至少分别具有两个彼此相对设置的电极001)， 并且借助于各自的所述连接线002)，两个电极O01)中的一个用作发射器，两个电极 (201)中的另外一个用作接收器。
2.根据权利要求1的装置(100)，其特征在于，所述测量电路包括用于补偿或最小化相邻电极O01)之间串扰的模块。
3.根据权利要求1或2的装置(100)，其特征在于，至少部分电极O01)总是作为发射器(S)，另外一部分电极(201)总是作为接收器(R)。
4.根据权利要求2，3或4的装置(100)，其特征在于，所述电极(201)是所述基板(200) 的一整体部分，或者所述电极O01)紧固在所述基板(200)上。
5.根据前述任一权利要求的装置(100)，其特征在于，所述装置(100)包括评估模块 (70)，其设置为评估作为接收器(R)的电极O01)的信号(r(t))。
6.根据前述任一权利要求的装置(100)，其特征在于，对于每个容器(10)，控制一个电极O01)暂时作为发射器(S)，另一个电极作为接收器(R)被读出，这样基于先前已知的相邻容器(10)的电极O01)的规则几何排列，通过叠加电场来几何抑制串扰。
7.根据前述任一权利要求的装置(100)，其特征在于，至少一个电极(201)是暂时或永久接地的。
8.根据权利要求5的装置(100)，其特征在于，在所述评估模块(70)中，通过执行算法以计算的方式来抑制相邻容器( 之间的串扰。
9.根据权利要求2的装置(100)，其特征在于，在所述模块中，通过执行算法以计算的方式来抑制相邻容器(5)的电极O01)之间的串扰。
10.根据前述任一权利要求的装置(100)，其特征在于，所述工作区的大小和形状配置为每个工作区可接收实验板，微量盘，带状架，多井板或微量滴定板的容器(5)。
11.根据前述任一权利要求的装置(100)，其特征在于，所述装置(100)包括能在装置 (100)上放置的实验板或微量盘或带状架或多井板或微量滴定板。
12.一种包括至少一个如权利要求1-11所述的装置(100)的实验设备000)。
13.一种用于执行一组(10)容器(5)的独立填充液位测量的电容测量方法，容器(5) 彼此间隔规则距离水平设置成多行(R)和/或多列(Sp)，包括以下步骤a.用发射器信号(s(t))控制临近第一容器(5.1)的第一柱状电极(201. 1)；b.评估由相对第一电极(201.1)具有一定距离的第二电极(201. 接收的接收信号 (r(t))，其中第二电极(201.2)相对于第一容器(5. 1)与第一柱状电极(201. 1)对立设置，c.对组(10)的每个容器(5.x)重复步骤a.和b.，其中临近各个容器(5.x)的各个电极(201. 1)作为发射器(S)，临近相同容器(5.x)的对立设置的电极(201. 1)作为接收器 ㈨。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，除了作为发射器(S)或接收器(R)的电极(201. 1，201. 2)，进一步提供暂时或永久接地的电极001)。
15.根据权利要求13或14所述方法，其特征在于，电极(201.1,201. 2)中的至少一个在某一步骤作为发射器(S)而在另一步骤用作接收器(R)。
16.根据权利要求13至15之一的方法，其特征在于，在准备步骤，该组(10)容器(5) 从上方放入具有电极O01)的装置(100)，其中在附连时电极(201)浸入连接的容器(5)的中间部(101)。
17.根据权利要求13至16之一的方法，其特征在于，采用多路转换方法以用发射信号 (s(t))连续地加载所有作为发射器(S)的电极(201. 1)。
18.根据权利要求13至17之一的方法，其特征在于，采用多路转换方法以连续读取所有作为接收器(R)的电极(201. 2)。
19.根据权利要求13至18之一的方法，其特征在于，借助于算法，用数学方式最小化或补偿串扰，其中该算法因素包括存储的参考测量的参考值。
20.根据权利要求13至18之一的方法，其特征在于，一些电极可接收预定电压到位并且从而消除寄生电容。
21.根据权利要求13所述方法，其特征在于，相继地激活电极对001)，或者同时激活两个或多个电极对001)，其中在此情况下选择非直接相邻的电极对001)。
全文摘要
本发明涉及一种用于电容式确定一组(10)按规则设置的相同尺寸的容器中独立容器(5.1，5.2)中的填充液位的装置(100)，其中装置(100)包括发射电极(201.1)和接收电极(201.2，201.3)以及执行电容测量的电路。测量电路包括发射电路(57)和接收电路(58)，所述装置(100)包括水平基板(200)，其具有多个电极(201.1，201.2，201.3)，所述电极在一个方向上伸出由基板(200)确定的水平面，并且相互统一间隔分开，从而形成多个尺寸相同的工作区。通过多个连接线(202)，部分电极(201.1)与发射电路(57)相连并由所述电路控制，部分电极(201.2，201.3)连接到接收电路(58)并由所述电路读取。在水平面上的每个工作区，至少分别具有两个彼此相对设置的电极(201.1，201.2，201.3)。借助于各自的连接线(202)，两个电极中的一个(201.1)用作发射器，另外一个电极(201.2，201.3)用作接收器。
文档编号G01F23/26GK102338653SQ201110146579
公开日2012年2月1日 申请日期2011年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者J·卡梅尼希, L·卡姆, S·昆兹, W·辛 申请人:泰肯贸易股份公司