Автоматический химический анализатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (i i) 549091

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 28.12.73 (21) 1339510/1988151/

/26 (23) Приоритет 12.06.60 (32) 14.06.68 (31) 737065 (33) США (51) М. Кл. G 01N 21/02

В 011 11/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 543.08(088,8) Опубликовано 28.02.77. Бюллетень Ме 8

Дата опубликования описания 05,04.77 ло делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

Иностранец

Джон Джозеф Моран (США) Иностранная фирма

«Хисел Юрон H. В.»

Нидерланды (71) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к конструкциям устройств для автоматического химического анализа и позволяет автоматизировать большинство лабораторных испытаний, которые могут проводиться в пробирке для одиночной реакции посредством автоматического и селективного отбора проб и разливания соответствующего количества в требуемую пробирку с применением необходимых реагентов в соответствующей позиции, нагревания требуемых пробирок до соответствующих температур, визуального анализа результатов химических испытаний и промывания и высушивания тфобирок при подготовке для дальнейших испытаний.

Известен автоматический химический анализатор, содержащий замкнутый конвейер с пробирками, устройства дозирования проб и реагентов в пробирки и устройства считывания данных.

Однако известный анализатор имеет невысокую точность и малую скорость анализа.

Целью изобретения является осуществление дифференцированного и селективного управления испытаниями, проводимыми с каждой пробой.

Поставленная цель, согласно изобретению, достигается снабжением анализатора устройствами управления, оперативно связанными с устройствами дозирования и считывания данных, устройствами программирования и запоминания команд, устройствами считывания программ, оперативно связанными с устройствами запоминания команд, и исполнительными механизмами, оперативно связанными с устройствами считывания команд, а также тем, что устройства управления снабже ы пультом программного выборочного упраьления, выполненным в виде позиционных перс10 ключателей, первой контактной доски, электрически соединенной с пультом управления и имеющей электрический контакт, соединенный с каждым переключателем на пульте управления, и второй контактной доски, вы15 полненной поворачивающейся относительно первой в период индексирования пробирок, контакты которой электрически связаны с устройствами дозирования проб и реагентов и считывания данных, снабжением пульта уст20 ройством выбора реактива, содержащего приемники пробирок, электрически связанные с дозирующими устройствами и второй контактной доской, и переключателем для каждой пробирки.

25 На фиг. 1 схематически изображена вертикальная проекция конвейера анализатора с пробирками; на фиг. 2 — электрическая схема анализатора; на фиг. 3 — вид панели размыкания цепи на пульте управления; на фиг. 4—

ЗО схематичный вид управления устройствами

549091 выбора и дозирования проб; на фиг. о — вид в перспективе электрического устройства для нагрева пробирок; на фиг. 6 — схематичный вид системы управления промывки пробирок; на фиг. 7 — электрическая и механическая схемы системы считывания данных; на фиг.

8 — механическая и электрическая схемы механической части анализатора; на фиг. 9— механическая и электрическая схемы оптического устройства считывания данных; на фиг.

10 — частичный вид панели программного управления; на фиг. 11 — частичный вид панели программного управления, с переключателями и индикаторными лампами; на фиг.

12 — разрез по А — А на фиг. 11; на фиг. 13— схема электрического блока устройства управления; на фиг. 14 — частичная вертикальная проекция механической части вычислительного устройства; на фиг. 15 — вид в поперечном сечении подвижного и неподвижного расчетных столов вычислительного устройства, показывающий способ индексирования одного стола относительно другого; на фиг. 16 — сечение по Б — Б на фиг. 15; на фиг. 17 — электрическая схема цепи синхронизации.

Автоматический анализатор для проведения химических анализов включает в себя замкнутый конвейер 1, который несет несколько рядов пробирок 2, открытых сверху, приспособление для приготовления и распределения пробы, которое может состоять из вращающегося индексирующего стола для удержания испытываемых проб и приспособление для захвата требуемого количества проб с поворотного стола и передачи их в нужном количестве в соответствии с программой испытаний; приспособление для дозирования реактива, которое может состоять из множества контейнеров с реактивами, соединенными с устройствами распределения измеренного количества пробы, которые в свою очередь соединены с выпускными отверстиями, расположенными над пробирками в требуемом положении, устройства 3 нагрева пробирок 2.

Устройство для чистки пробирок после окончания испытания; устройства сушки пробирок и приготовления к повторному применению; устройства управления для выборочного осуществления последовательного многократного анализа и синхронизации вышеупомянутых элементов системы. Блок выбора чробы 4 получает информацию из системы управления, которая будет подробно описана ниже. Эти данные относятся к тому, какие испытания будут проводиться и в какие пробирки будет подаваться проба. При получении сигналов из блока выбора 4 пробы срабатывает воздушный клапан 5, который приводит в действие цилиндр с поршнем 6 для движения рычага 7 по направлению к столу

8 с пробами. Одновременно посылается сигнал в систему управления кареткой 9, при этом срабатывает реле времени 10 и приводится в действие двигатель 11 каретки 9 че4 рез муфту 12 и шкив 13 для движения каретки 14 по направлению к столу 8.

Муфта 12 реверсирует и останавливаетсл над позицией захвата на столе 8, при этом

5 срабатывает воздушный клапан 15 и приводит в действие цилиндр с поршнем 16 для опускания шприца в контейнер 17 на столе 8.

Затем приводится в действие двигатель 18 для захвата заданного количества пробы, ко10 торый реверсирует, воздушный клапан 15 закрывается, позволяя цилиндру 16 поднять шприц.

Одна часть пробы возвращается обратно в чашу с пробой, и рычаг 7 движется назад, 15 над пробирками 2. Когда каретка 14 останавливается над требуемой пробиркой 2, включается реле времени 19 отбора пробы. Сцепляется муфта распределителя, и измеренная проба подается в соответствующую пробир20 ку 2.

Сцепляется муфта 12 каретки, и каретка 14 движется к следующей запрограммированной пробирке, куда выливается другая проба. Затем каретка 14 движется к чаше отходов и

25 промывки 20. Одновременно срабатывает устройство управления промывкой 21, и шприц и трубопровод промываются и заполняются чистой водой для подготовки к следующему циклу.

З0 Конструкция устройств для нагрева пробирок 2 зависит от специфичности проводимых химических анализов.

Нагреватель 22 может представлять собой электронагреватель с отверстиями 23 для

35 пробирок 2 и клеммами 24 для подключения электроэнергии.

Частью схемы управления является главное синхронизирующее устройство, которое после того, как будут запрограммированы испыта40 ния, управляет работой индексирующего стола 8, а также воздушным клапаном, который в свою очередь приводит в действие поршневое устройство, приводящее в движение конвейер 1. После завершения последнего запро45 граммированного испытания главное синхронизирующее устройство выключается и одновременно срабатывает реле, которое будет продолжать индексировать и приводить в действие поршень в цилиндре, вызывая индекса50 цию конвейера 1, который выполняет определенное количество циклов, гарантируя промывку и очистку всех пробирок.

Считывающая система имеет панель кнопочного управления 25, в которой запрограм55 мированы все испытания, проводимые в анализаторе, в соответствии с информацией, переданной в вычислительную машину 26. Нажимают на кнопку 27, чтобы привести в действие главное синхронизирующее устройство б0 28, которое обеспечивает синхронное выполнение различных функций. В соответствующей точке рабочего цикла синхронизирующее устройство считывания 29 приводит в действие пневматические цилиндры 30 в считывающем

55 устройстве для помещения кювет 31 в про549091 бирки 2. Затем посредством пневматического поршня 32 испытываемая проба подается в пробирки 2. Во время цикла считывания каждая просвечивающая лампа 33 направляет пучок света через кювету 31 на фотоэлемент 34.

Каждая просвечивающая лампа 35 имеет реле, сигнализирующее о неисправности лампы

33, которое соединено с сигнализирующей системой 36 для передачи звукового сигнала в случае неисправности одной из подсвечивающих ламп 35. Затем приводятся в действие временной выключатель самописца 37 для начала последовательного поиска посредством последовательного соединения вывода каждого фотоэлемента с пером самописца 38, фиксирующего выходной сигнал на движущейся ленте с указанием концентрации неизвестного вещества в растворе, подвергающегося анализу. Во время процесса развертывания лампы 39 загораются, указывая на записываемый параметр, причем счетчики 40 последовательно подсчитывают каждое записанное значение и дают команду на возврат в исходное положение запрограммированных реле 41. До завершения цикла развертывания посылается импульс в синхронизирующее устройство блока считывания 29, давая возможность ему закончить последнюю фазу цикла считывания, при этом приводя в действие средства управления для выпуска испытанной пробы из кювет 31 и вывода их из пробирок 2, подготавливая их к началу следующего цикла.

Кроме того, предусмотрены электрические системы управления калибровкой 42, каждая из которых соединена с фотоэлементом 34.

Частью каждой электрической системы управления может быть потенциометр 43 и потенциометр 44 для контроля и калибровки выходного сигнала от каждого фотоэлемента 34 в соответствии с известной испытанной пробой.

Панель выключателей цепи 45 имеет отдельные переключатели, маркированные, как показано, соответствующей цифрой в кружке на фиг. 3. Цифры в кружках обозначают кнопочные переключатели, которые автоматически отключаются при возникновении перегрузок, тем самым подавая четко слышимый сигнал, вследствие чего оператор может быстро проверить панель управления для установления неполадок.

Напряжение подается на выключатель 46, а также к обычному магнитному контактору

47. Электрическая цепь 48 с ответвленной цепью 49 переменного тока с напряжением

115 в и цепью 50 постоянного тока с напряжением 48 в подает электроэнергию к различным устройствам управления, цепь 51 является цепью подачи энергии к воздушному компрессору, цепь 52 — к различным нагревателям 22 ванн 53 и 54, цепь 55 — к сушителям

56, цепь 57 — к вычислительному устройству

26, цепь 58 — к непрерывному конвейеру 1, цепь 59 — к дозатору проб 60, цепь 61 — к устройствам промывки пробирок и их клапа5

65 нам, цепь 62 — к реле стока и исполнительному механизму стока (на фиг. не показан), цепь 63 — к соленоидам 64 дозаторов реагента, цепь 65 — к устройствам считывания данных 66 и фотоэлементам 34, цепь 67 — к самописцу 38 и цепь 68 — цепь подачи энергии постоянного тока с напряжением 12 в — к реле 69 и лампам подсвета 35.

Кнопочная панель 70 состоит из вертикальных рядов 11 световых сигналов и кнопок, причем каждый ряд соответствует каждому поперечному ряду пробирок.

В дополнение к десяти отдельным кнопкам для селективной дифференциальной программы каждый ряд пробирок имеет кнопку 72, показывающую, что профиль всех десяти испытаний следует проводить по данной пробе, а также включает в себя кнопку расцепления

73 для отключения всех кнопок, нажатых в этом ряду в случае погрешности или когда желательно изменить запрограммированные данные.

Кроме того, предусмотрены сигналы 74 нумерации и световые сигналы для указания поло>кения испытаний. Нажимные кнопки на панели 70 соединяются с неподвижной секцией ил и стационарной панелью 75 вычислительного устройства 26. Панель 70 в показанном примере имеет 60 кнопок в горизонтальных рядах, посредством которых можно программировать 60 проб для различных испытаний.

Вычислительное устройство включает в себя изогнутую секцию 76, соединенную с приводом червячного колеса, который в свою очередь подсоединен к муфте 77 изогнутой панели с двигателем 78 для регулирования относительного положения подвижной панели 79 к неподвижной секции 75. Двигатель 78 подвижной секции приводит в действие и поворачивает подвижную панель 79 синхронно с поворотом конвейера 1 таким образом, что информация, запрограммированная на программирующем устройстве 70, передается на соответствующие устройства управления работой, за счет чего подвижная панель затем передает информацию, как, например, какие испытания следует проводить, какое считывание данных следует производить, которые зависят от того, какое испытание следует проводить, какое количество материала пробы должен отобрать дозатор 80, что зависит от количества испытаний. Дозатор разливает соответствующие реагенты, что также зависит от того, какие испытания запрограммированы. Например, стационарная секция 75 соответствует и электрически связана с панелью

70, т. е. секция 75 включает в себя десять рядов из шестидесяти зажимов, соединяющихся с соответствующими кнопками на панели 70.

Однако для подвижной панели 79 нужны штифты 81, соответствующие количеству реакционных позиций пробирок на конвейере (в приведенном примере двадцать), в которых могут программироваться и осуществляться дифференцирующие функции. Так как

549091

50

00 подвижная панель 79 поворачивается за стационарной панелью 75, ее штифты 81, которые подпружинены, движутся против штифтов 82 с контактами и отбирают запрограммированную информацию и передают ее к различным системам анализатора. Так как исследуемые пробы проходят через двадцать возможных рабочих позиций на конвейере 1 от передачи пробы до считывания данных по ней, то подвижная панель 79 сигнализирует различным системам, что работа должна осуществляться в отдельном цикле, Информация, посылаемая с панели развертки, включает в себя: будут ли программироваться другие пробы, в каких продольных рядах должны разливаться пробы, какие реагенты следует добавлять в данной позиции, работают ли световые сигналы на программирующей панели 70 для указания, какие пробы выполняются, по каким испытаниям следует считывать данные и когда их следует считывать.

Таким образом вычислительная машина 26 будет повторять каждый цикл до тех пор, пока программа не будет выполнена. Одновременно панель 79 возвращается в нулевое положение, главное синхронизирующее устройство 28 останавливает работы и включает реле времени 83, задающее время конечной промывки.

Однако так как предлагаемое устройство работает на непрерывном цикле, и панели выполнены линейно, то кроме шестидесяти рядов контактов 82 стационарная панель 75 ,будет иметь дополнительно двадцать рядов контактов 82, которые электрически соединены с первыми двадцатью рядами на неподвижной панели 75, при этом линейная панель может действовать как вращающийся выключатель, хотя, вращающаяся панель может применяться вместо панелей 75 и 79 посредством считывания данных, запрограммированных на первых двадцати рядах штифтов

82, когда панель 79 проходит первые контакты. Во время работы первая позиция на панели развертки перемещается от нулевой позиции в позицию 84 на неподвижной панели.

Затем посредством механизма реверса 85 развертка устанавливается в позицию 86 на неподвижной панели и продолжает индексировать между позицией 84 и позицией 86, пока не закончится программа. Затем панель 79 возвращается в нулевое положение. На панели 87 выбора реактива предусмотрены гибкие кабели для включения соленоидов 64 на соответствующей позиции конвейера. Кроме того, развертка передает информацию к реле времени для считывания и записи данных.

Панель 87 имеет несколько рядов 88 гнезд, соединенных с электрическими соленоидами

64. Так как предусмотрены 17 возможных позиций пробирок для каждого испытания, на которых могут разливаться реактивы, то панель 87 выбора реактива имеет 17 рядов 89 из девяти гнезд, которые соединены со штырями на панели развертки 79. Таким образом для установки устройства различные гибкие провода (на фиг. не показаны) подсоединяются от гнезд соленоидов к гнезду соответствующей позиции разливки реактива в рядах 89. Когда панель 79 достигает данной позиции, возбуждается требуемый соленоид для подачи требуемого реактива в соответствующую пробирку.

Для пуска и остановки анализатора применяются кнопки 90, 91 и 27. Кнопка 90 представляет собой выключатель, посредством которого останавливается весь анализатор.

Кнопка 91 является резервной, которая применяется до нажатия кнопки 27. При нажатии на кнопку 91 приводится в действие магнитный контактор 47, посредством которого ток поступает в цепи 48 — 52, 55, 57 — 59, 61—

63, 65 и 67 и 68 и подготавливает устройство к работе; таким образом, при нажатии на кнопку 27 приводится в действие главное синхронизирующее устройство 28, которое начидает проведение химического анализа.

Электрическая принципиальная схема включает в себя функциональные блоки управления. Испытания, которые должны производиться, запрограммированы на кнопочной панели 70, таким образом обеспечивая контроль химических испытаний, производимых на каждой пробе. Кроме того, пробы отсортированы на столе 8, в контейнерах 17, и вспомогательная кнопка 91 применяется для доведения различных нагревателей до соответствующей температуры. При нажатии на кнопку 27 приводится в действие главное синхронизирующее устройство 28, которое передает сигнал в запрограммированную панель 70 и вычислительную машину, которая имеет неподвижную и подвижную панели развертки.

Из панели 79 данные передаются в блок управления выбором пробы 4 для запоминания. Блок управления выбором пробы 4 передает сигнал клапану каретки 92 и через механизм управления каретки 93 приводит в действие реле средств отсасывания 94. Кроме того, устройство управления выбором пробы

4 передает сигналы в механизм управления дозатора 95 реле времени 19, реле средства отсасывания 94 и механизм управления каретки 93.

Из механизма управления кареткой 93 передается сигнал муфте 12 каретки для привода в действие двигателя 11 каретки, который осуществляет передачу шприца 96 над позицией захвата на столе 8, Шприц 96 входит в контейнер 17 и всасывает запрограммированное количество пробы, причем реле дозатора (двигателя) 18 реверсирует муфту дозатора

97, шприц поднимается, часть пробы выливается назад в контейнер, рычаг 7 каретки движется назад над рядом пробирок, реле времени 19 останавливает его на каждом из запрограммированных продольных рядов пробирок и разливает пробы в пробирки. Панель

79 передает данные в панель управления средствами выбора реактива для включения

549091

10 соленоидных клапанов 64, обеспечивающих подачу требуемого количества соответствующего реактива на нужную позицию.

Панель 79, которая получает запрограммированные данные из неподвижной панели 75, передает сигнал реле считывания 29, которое управляет подъемом и опусканием блока считывания 98 для осуществления всасывания, производимого устройством, и вытеснения жидкости после завепшения испытания посредством считывания. Реле средств считывания 29 управляет также работой датчика самописца 37, который развертывает каждое из запрограммированных испытаний и записывает их на самопис«" 38.

Во ввемя каждого цикла синхронизирующее ! чстройство 28 передает сигнал конвеиеру 1, который индексируется — поворачивается, обеспечивает сигналами для передачи запрограммированных данных в функциональные

:.схемы и начало выполнения функций, сигнализирует о незапрограммированных кнопках пульта управления после завершения испытания на каждой отдельной пробе, приводит в действие средства управления 99, подачей для продвижения блока развертки в соответствии с запрограммированными сигналами для проведения следующей серии испытаний, передает сигналы устройству промывки 100 пробирок для очистки пробирок и, кроме того, передает сигнал столу 8, который поворачивается.

Необходимо, чтобы работа конвейера, поворотного стола и блока развертки была синхронизирована для того, чтобы требуемая проба захватывалась со стола и заливалась в пробирки.

В анализаторе может быть установлен синхронизирующий выключатель 101 для измерения индексируемого положения конвейера, приводимого в действие ременным приводом

102, соединенным с одной из звездочек конвейера 1. Следовательно, когда конвейер поворачивается, выключатель 101 одного ряда пробирок поворачивается для указания положения конвейера. Дрязгой синхронизирующий выключатель 103 (двухслойный, пластинчатый) устанавливается в положении соединения с поворотным столом 8, измеряя положе15

Зо

45 нпе стола при вращении. Синхроппзпрующие выключатели 101 и 103 соединены последовательно через вычислительное устройство 26, для того, чтобы поворотный стол 8, конвейер

1, неподвижная панель 75 и панель 79 были синхронизированы до начала следующего цикла испытаний.

Формула изобретения

1. Автоматический химический анализатор, содержащий замкнутый конвейер с контейнерами для проб, устройства,чозирования проб и реагентов в контейнеры и устройство считывания данных, отличающийся тем, что, с целью осуществления дифференцированного и селективного управления испытаниями, проводимыми с каждой пробой, он снабжен устройствами чправления, оперативно связанными с устройствами дозпрования и считывания данных, устройствами TIpoI pBMMIIpoBBIIIIH u запоминания команд, стройствами считывания программ, оперативно связанными с устройствами запоминания команд, и исполнительными механизмами, оперативно связанными с стройствами считывания команд.

2, Анализатор по п. 1, отл пч ающийс я тем, что устройства управления снабжены пультом прогр"-,ммного выборочного управления, выполненным в виде позиционных переключателей, первой контактной доски, электрически соединенной с пультом управления и имеющей электрический контакт, соединенный с каждым переключателем на пульте управления, п второй контактной доски, выполненной поворачивающейся относительно первой в период индексирования пробирок, контакты которой электрически связаны с устройствами дозирования проб и реагентов и считывания чанных.

3. Анализатор по пп. 1 и 2, отличаюшийся тем, что пульт снаожен устройством выбора реактива, сочержащего приемники ппобиоок, электпическ .< связанные с дозирующими устройствами и второй контактной доской.

4. Анализатор по пп. 1 — 3, отл пч а ю щи йся тем, что пульт снао>кен переключателем для каждой пробирки.