[发明专利]测量流入容器的液体的体积流量和/或已流入容器的液体的体积的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量流入容器的液体的体积流量和/或已流入容器的液体的体积的方法，以及用于执行该方法的装置。

本发明可应用在工业测量技术以及医学和实验室技术的所有领域中，其中液体以受控形式被输送、投配或计量，尤其是利用微流体系统的辅助，或者可应用在微方法技术的领域中。这在液体分析领域中尤其如此。这种领域的示例包括用于监测和优化净化厂的清洁效力、用于饮用水监测、用于监测生物技术过程或用于工业上应用的液体或食品的质量监测的分析系统。例如，诸如离子的物质的液体样品的含量，比如，例如铵、磷酸盐或硝酸盐、生物或生物化学化合物，比如，例如，激素或微生物或细菌被测量和监测。

背景技术

在这种系统中，除待分析液体之外，而且在给定情形中，对于分析所需的另外液体，例如试剂溶液，必须以预定的量进行投配或计量，并且在给定情形，特定期望体积的不同液体必须被混合，和/或必须产生通过管路或测量和/或分析单元的液体的特定期望体积流量。

尤其是在分析领域，为了能够实现尽可能的自动测量，需要这样的装置和方法，借助于该装置和方法，在所需的微型化系统中，通常，小于50mL，尤其是小于10mL的非常少的期望体积可被投配，并且借助于该装置和方法，通过相应系统的液体的小于5000μL/min，尤其是小于1000μL/min的小体积流量可根据在每种情形中对于要执行的过程或方法所需要的预定的体积流量来加以控制。

为了输送这些液体，目前例如应用了蠕动泵。然而，蠕动泵由于其功能原理通常引起脉动的体积流量。另外，结合蠕动泵使用的弹性软管受到老化，这影响蠕动泵的输送功率。以这些方式，特定期望体积的液体可被填充或者期望的预定的体积流量可被提供的精度受到限制。

用于液体输送的另一通常应用的变化形式是注射泵。这些注射泵通过高精度和均匀的流动特性来区分。然而，在自动系统中应用注射泵的不利之处在于其高价格和其低的鲁棒性。

体积流量可简单地通过气动装置来实现，在该情形中，液体由于利用气体对供应容器中的液体进行压力加载，尤其是利用空气进行压力加载而流动。然而，通常，这些系统的流动阻力由于例如供应容器的增加的排空而随时间而变，使得在该情形中，需要控制通过系统的体积流量。

为此，可例如通过结合在液体系统中的相应的流量传感器来测量体积流量。这种流量传感器例如在WO2007/147786A1中描述。然而，这些传感器是昂贵的且与液体直接接触。后者特征引起传感器以及还有液体两者污染的危险。

发明内容

本发明的目的是提供测量流入容器的液体的体积流量和/或已流入容器的液体的体积的装置和/或方法。该装置和/或方法应使得能够在尤其是微流体系统中和尤其是在分析领域中实现高度自动测量。

为此，本发明涉及一种测量流入容器的液体的体积流量和/或已流入容器的液体的体积的方法，该方法包括以下步骤：

在液体流入之前在起始压力下在容器中的预定起始体积中封闭气体，

然后使液体流入容器以将封闭的气体压缩到依赖于已流入容器的液体的体积的气体体积并且实现容器中气体的气体压力相对于起始压力的依赖于已流入的液体的体积和流入液体的体积流量的升高，

测量作为时间的函数的容器中气体压力，以及

基于测量的气体压力确定直到给定时间已流入的液体的体积和/或在给定时间流入液体的体积流量。

在这种情形中，基于在给定时间测量的气体压力来确定直到给定时间已流入的液体的体积。

测量气体压力的时间变化率，并基于在给定时间测量的气体压力的时间变化率确定在给定时间流入容器的液体的体积流量，由此来确定体积流量。

在进一步的发展中，

定义相对气体压力等于起始压力和气体压力的商，

确定特征变量，所述特征变量给出作为已流入的液体的体积的函数的相对气体压力的斜率，

在液体流入容器期间，基于测量的作为时间函数的气体压力来确定作为时间函数的相对气体压力，以及

基于相对气体压力来确定体积和/或体积流量。

在这种情形中，优选地用以前的校准方法来确定特征变量。

在该进一步的发展的实施方式中，

直到时间点已经流入的体积被确定为在给定时间的相对气体压力减去1和特征变量的商，和/或

确定相对气体压力的时间变化率，以及

在给定时间流入的液体的体积流量被确定为相对气体压力的时间变化率和特征变量的商。

另外，本发明涉及用于执行本发明方法的装置，包括：