УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОБЪЕМА ДОЗЫ ДОЗАТОРОВ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК G01F25/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, применяемой в аналитическом приборостроении, и может быть использовано при медицинских и биохимических исследованиях.

В известных устройствах для градуировки и поверки дозаторов жидкости используется в основном весовой принцип измерения выдаваемой дозатором дозы с помощью весового измерителя.

Общим недостатком таких устройств является: их высокая стоимость, сложность эксплуатации и повышенные требования к месту установки и условиям окружающей среды, что обусловлено использованием в них точных аналитических весов.

Известны также устройства, основанные на объемном методе, т.е. на непосредственном измерении объема выдаваемой дозатором дозы жидкости (см., например, [1]).

Недостатком указанных устройств являются: повышенные требования к качеству работы их приводных механизмов и трудности, связанные с удалением избытка жидкости, образующегося в них в процессе эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является устройство по [2].

Указанное устройство для градуирования и контроля объема дозы дозаторов жидкости, выбранное авторами в качестве прототипа, содержит приемную кювету, измерительную трубку со шкалой и мерную емкость каплеобразной формы с меткой, имеющую суженный конец, изогнутый в вертикальной плоскости под прямым углом к ее продольной оси, а другой конец соединен дополнительной трубкой с нижней частью измерительной трубки с возможностью поворота относительно последней в вертикальной плоскости, при этом метка расположена на суженной части мерной емкости у ее конца.

Недостатками прототипа являются: низкая точность и малая производительность, особенно при измерении доз малого объема, что обусловлено медленным перетеканием самотеком жидкости в капиллярных трубках малого диаметра и возможностью ее залипания на их стенках.

Целью изобретения является повышение точности и удобства пользования устройством, за счет новых конструктивных решений, определяемых пунктами формулы изобретения, а также упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей по контролю точности проверяемых дозаторов при их работе на реальных жидкостях.

Сущность изобретения, обеспечивающая достижение поставленной цели, заключается в том, что в конструкцию устройства по известному прототипу - по авторскому свидетельству СССР N 1275222 A1, кл. G 01 F, 25/00, 1985 г. введены дополнительно сливная емкость из прозрачного материала и управляющий элемент, выполненный, например, в виде поршневой пары с винтовым приводом. При этом измерительная трубка установлена наклонно в вертикальной плоскости с постоянным углом наклона к линии горизонта, а конец суженной части мерной емкости введен внутрь сливной емкости на глубину не менее половины ее высоты, причем эта емкость присоединена с помощью соединительной трубки к управляющему элементу.

Кроме того, в другом конструктивном варианте заявленного устройства вместо сливной емкости и соединительной трубки в него введен второй управляющий элемент, аналогичный по конструкции первому, но большего объема, причем первый управляющий элемент в этом варианте непосредственно присоединен к верхнему концу суженной части мерной емкости, а второй - к ее нижней части в месте соединения последней с измерительной трубкой.

Совокупность указанных отличительных признаков обеспечивает повышение точности измерения дозы, выданной из проверяемого дозатора, за счет исключения возможных изменений начального объема рабочей жидкости, находящейся в устройстве, при изменении углов наклона соединительной трубки, соединяющей мерную емкость с измерительной трубкой, в прототипе по а.с. N 1275222, что обусловлено исключением подвижного соединения этих элементов. Наклонное расположение измерительной трубки позволяет повысить удобство съема показаний по шкале устройства, а также заметно сократить вертикальный габарит устройства без уменьшения длины измерительной трубки.

Кроме того, введение в конструкцию устройства управляющего элемента с винтовым приводом позволяет одновременно повысить удобство пользования устройством, за счет обеспечения плавного движения уровня рабочей жидкости (без разрывов и пузырьков воздуха) внутри капилярной измерительной трубки, что является особенно существенным при измерении доз малого объема (до 100 мкл), ввиду значительного увеличения при этом гидравлического сопротивления движению жидкости внутри капиллярных трубок, обусловленному силами трения и вязкости.

По указанной причине, кстати, становится непригодным для измерения доз малого объема устройство, взятое в качестве прототипа по а.с. N 1275222 (из-за значительного снижения точности и увеличения времени измерительного процесса при измерении доз малого объема).

Введение в конструкцию второго управляющего элемента во втором варианте заявленного устройства обеспечивает возможность более простого и надежного удаления избытка рабочей жидкости при многократных измерениях доз, производимых с помощью устройства, и в то же время ускоряет измерительный процесс за счет исключения необходимости дополнительной проверки нулевых положений уровней жидкости в измерительной трубке и в суженной части мерной емкости после слива ее избытка через конец, введенный внутрь сливной емкости.

Заявленное устройство позволяет одновременно расширить функциональные возможности контроля за точностными характеристиками проверяемых дозаторов при их работе на реальных жидкостях путем сравнения результатов дозирования, производимых сначала по дистиллированной воде, а затем с реальной жидкостью. Это позволяет наглядно оценить влияние неизвестных значений плотности и вязкости реальной жидкости, а также смачиваемости стенок приемного насадка дозаторов на точностные характеристики этих дозаторов.

Кроме того, использование объемного метода проверки дозаторов с помощью заявленного устройства позволяет повысить удобство и надежность измерений за счет полного исключения влияния температуры окружающей среды, обеспечиваемого соответствующим выбором материалов при изготовлении устройства с коэффициентами объемного расширения, близкими таковым для дозаторов, проверяемых с помощью устройства.

Сказанное выше обеспечивает получение положительного результата, который может быть получен при внедрении заявленного устройства в проверочную практику.

На фиг. 1, 2 изображено предлагаемое устройство и возможные варианты его конструктивного исполнения.

В первом варианте устройство (см. фиг. 1) состоит из приемной кюветы 1, закрываемой съемной крышкой 2, измерительной трубки 3 со шкалой 4, установленной наклонно в вертикальной плоскости на основании 5. Нижний конец 6 измерительной трубки герметично присоединен к мерной емкости 7, верхний суженный конец 8 которой, снабженный контрольной меткой 9, герметично введен внутрь сливной емкости 10, закрытой сверху притертой пробкой 11, на глубину не менее половины ее высоты. К нижней части сливной емкости с помощью соединительной трубки 12 присоединен управляющий элемент, выполненный, например, в виде поршневой пары, состоящей из цилиндра 13 и поршня 14. Головка 15 поршня 14 снабжена винтовым приводом 16 с головкой 17. Сливная емкость 10 и цилиндр 13 поршневой пары управляющего элемента выполнены из прозрачного материала для возможности визуального наблюдения за уровнем рабочей жидкости в них.

С целью повышения жесткости конструкции устройства и его устойчивости основание 5 снабжено стойками 18 с фланцами 19 в их нижней части.

Для слива избытка рабочей жидкости, накапливающейся в нижней части сливной емкости 10 и в цилиндре 13 поршневой пары в процессе эксплуатации устройства, служит сливной кран 20 (вместо крана 20 может быть использована резиновая пробка).

На фиг. 2 представлен другой вариант конструктивного исполнения предлагаемого устройства, который отличается от первого варианта тем, что в нем вместо сливной емкости 10 и соединительной трубки 12 в конструкцию введен второй управляющий элемент 21, выполненный так же в виде поршневой пары с винтовым приводом 22. Этот управляющий элемент присоединен к нижнему концу 6 измерительной трубки 3 в месте ее соединения с мерной емкостью 7 и предназначен для отсасывания избытка рабочей жидкости, накапливающейся в ней в процессе эксплуатации устройства.

Кроме того, в этом варианте цилиндр 13 поршневой пары первого управляющего элемента непосредственно присоединен к суженному концу 8 мерной емкости 7, без введения его внутрь цилиндра 13.

В первом варианте (фиг. 1) устройство работает следующим образом.

Мерная емкость 7 через приемную кювету 1 (при снятой крышке 2) заполняется заданным объемом рабочей жидкости (от нижнего конца 6 измерительной трубки 3, ограниченного краем шкалы 4, до контрольной метки 9 на суженном конце 8 мерной емкости 7).

Заполнение осуществляется с помощью управляющего элемента путем вращения по часовой стрелке головки 17 и создания тем самым разряжения внутри воздушной полости устройства.

После заполнения мерной емкости 7 (до контрольной метки 9) производят заполнение жидкости сливной емкости 10 и соединительной трубки 12, для чего (при открытой пробке 11) заливают рабочую жидкость в сливную емкость примерно до уровня верхнего края суженного конца 8 мерной емкости, входящего внутрь этой емкости на глубину не менее половины ее высоты. Затем с помощью управляющего элемента затягивают рабочую жидкость в соединительную трубку 12. При этом для удаления воздуха, первоначально находящегося в ней, вращают головку 17 управляющего элемента сначала по часовой стрелке, а затем обратно (против часовой стрелки) и вытесняют тем самым воздух из нее, который выходит отдельными пузырьками через жидкость, находящуюся в сливной емкости.

После заполнения устройства рабочей жидкостью закрывают сливную емкость 10 пробкой 11 и с помощью управляющего элемента (вращая головку 17 против часовой стрелки) перегоняют часть жидкости из мерной емкости 7 в приемную кювету 1 с целью смачивания внутренних поверхностей измерительной трубки 3 и нижней части кюветы 1 и затем медленно (вращая головку 17 по часовой стрелке) возвращают жидкость обратно до тех пор, пока ее уровень в суженном конце 8 мерной емкости 7 не установится снова на контрольной метке 9. При этом визуально отмечают положение уровня жидкости в измерительной трубке по шкале 4. Указанную операцию рекомендуется производить несколько раз (не менее 3-х), чтобы убедиться, что уровень жидкости в измерительной трубке 3 при положении ее уровня в суженном конце 8 мерной емкости на контрольной метке 9 остается каждый раз на одном и том же значении шкалы. Полученное последнее значение положения уровня по шкале 4 записывают и считают его начальным отсчетом при проверке дозатора.

На этом подготовка устройства к работе заканчивается. Следует отметить, что о точности устройства можно судить по полученной разности отсчетов уровня жидкости, снятых по шкале 4 при многократном их повторении. Погрешность устройства при этом не должна превышать ± 1 деление шкалы 4.

При работе устройства, вращая головку 17 управляющего элемента против часовой стрелки, снова перегоняют часть рабочей жидкости из мерной емкости в приемную кювету и из наконечника проверяемого дозатора (на фиг. 1 не показан) выдают в нее дозу жидкости, после чего закрывают кювету крышкой с целью предотвращения испарения жидкости. При выдаче дозы необходимо следить за тем, чтобы на стенках кюветы не оставались капли жидкости, если же такие капли образовывались, то их смывают рабочей жидкостью, находящейся в кювете, перемещая при этом ее уровень с помощью вращения головки 17 управляющего элемента.

Затем, вращая головку 17 по часовой стрелке, затягивают рабочую жидкость вместе с выданной из дозатора дозой обратно в мерную емкость 7. Головку 17 вращают до тех пор, пока уровень жидкости в мерной емкости не поднимется в ее суженном конце 8 и не установится на контрольной метке 9.

При приходе уровня жидкости на метку 9, по шкале 4 снимают новое положение уровня жидкости в измерительной трубке и записывают его. Разность записанных значений уровня жидкости до и после выдачи дозы в заданном масштабе будет равна объему выданной из проверяемого дозатора дозы (с учетом внутреннего диаметра измерительной трубки) в соответствии с формулой
U = (h₁ - h₂) • S,
где U - объем дозы; h₁, h₂ - начальный и конечный отсчеты уровня жидкости по шкале измерительной трубки; S - площадь поперечного сечения внутреннего канала измерительной трубки.

Следует отметить, что при измерении доз (особенно малого объема) в случае, если разность отсчетов (h₁ - h₂) составляет лишь часть длины измерительной трубки, целесообразно проводить измерения не одной, а нескольких доз, последовательно выдавая их по указанной методике. При этом начальный отсчет каждой новой дозы будет конечным отсчетом предыдущей. Это является на практике очень удобным, так как сокращает время измерений, поскольку позволяет производить проверку дозаторов по результатам нескольких измерений без слива избытка жидкости из измерительной трубки.

Для слива избытка жидкости из измерительной трубки, вращая головку 17 управляющего элемента по часовой стрелке до тех пор, пока уровень жидкости в ней не сместиться к ее нижнему концу 6 (до края шкалы). После слива избытка жидкости, уровень жидкости в суженном конце 8 мерной емкости снова приводится (с помощью головки 17 управляющего элемента) на контрольную метку 9. При этом отмечается (и записывается) новое положение уровня жидкости в измерительной трубке.

Работа устройства в варианте контроля, представленном на фиг. 2, осуществляется аналогичным образом.

В процессе работы в этом варианте устройства измерение объема доз осуществляется лишь с помощью первого управляющего элемента, а второй служит лишь для удаления избытка жидкости из измерительной трубки.

Как показали расчеты и результаты лабораторных испытаний, изготовленных экспериментальных образцов, точность предлагаемого устройства зависит лишь от длины и внутреннего диаметра измерительной трубки 3 (капилляра), а также от внутреннего диаметра суженного конца 8 мерной емкости 7 в месте нанесения метки 9 и будет тем выше, чем меньше эти внутренние диаметры и больше длина измерительной трубки (капилляра), т.е. чем больше будет объем дозы.

Соответствующим выбором этих параметров погрешность измерений может быть сведена к очень малому значению, сопоставимому с погрешностью самых точных аналитических весов.

Источники информации, использованные при составлении заявки:
1. Авторское свидетельство СССР N 1084618A, G 01 F 25/00, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР N 1275222A1, G 01 F 25/00, 1985.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при медицинских и биохимических исследованиях. Техническим результатом является повышение точности и удобства в пользовании. Устройство для контроля объема дозы дозаторов жидкости содержит приемную кювету, измерительную трубку со шкалой и мерную емкость каплеобразной формы, суженный конец который снабжен контрольной меткой, и снабжено сливной емкостью, выполненной из прозрачного материала, и управляющим элементом, выполненным в виде поршневой пары с винтовым приводом, при этом измерительная трубка установлена наклонно в вертикальной плоскости с постоянным углом наклона к линии горизонта, а суженный конец мерной емкости введен внутрь сливной емкости на глубину не менее половины ее высоты, а емкость присоединена с помощью соединительной трубки к управляющему элементу. Устройство для контроля объема дозы дозаторов жидкости может быть снабжено двумя управляющими элементами, выполненными в виде поршневых пар с винтовыми приводами, при этом первый управляющий элемент присоединен к верхнему концу суженный части мерной емкости, а второй управляющий элемент - к ее нижней части в месте соединения последней с измерительной трубкой. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для контроля объема дозы дозаторов жидкости, содержащее приемную кювету, измерительную трубку с шкалой и мерную емкость каплеобразной формы, суженный конец которой снабжен контрольной меткой, отличающееся тем, что оно снабжено сливной емкостью, выполненной из прозрачного материала, и управляющим элементом, выполненным в виде поршневой пары с винтовым приводом, при этом измерительная трубка установлена наклонно в вертикальной плоскости с постоянным углом наклона к линии горизонта, а суженный конец мерной емкости введен внутрь сливной емкости на глубину не менее половины ее высоты, причем эта емкость присоединена с помощью соединительной трубки к управляющему элементу. 2. Устройство для контроля объема дозы дозаторов жидкости, содержащее приемную кювету, измерительную трубку со шкалой и мерную емкость каплеобразной формы, суженный конец которой снабжен контрольной меткой, отличающееся тем, что оно снабжено двумя управляющими элементами, выполненными в виде поршневых пар с винтовыми приводами, при этом первый управляющий элемент присоединен к верхнему концу суженной части мерной емкости, а второй управляющий элемент - к ее нижней части в месте соединения последней с измерительной трубкой.