Пипетка Советский патент 1992 года по МПК B01L3/02 

Изобретение относится к ручным пипеткам, предназначенным для ручного отбора и дозирования микроколичеств жидкостей при проведении аналитических и исследовательских работ в научно-исследовательских, производственных лабораториях, работающих в области физико-химического анализа, биотехнологии, биохимии, цитологии, медицины, сельского хозяйства и других областях науки и техники.

Известна пипетка, принятая за прототип, содержащая полый корпус, установленный в нем подпружиненный плунжер, снабженный двумя штоками отбора и слива дозы с нажимными кнопками, причем шток слива дозы имеет больший ход. чем шток

отбора дозы, а также средства для ограничения перемещения плунжера, которыми служат упор на штоке отбора дозы и кольцевой буртик на крышке корпуса (одна пара упоров)и внешняя поверхность кнопки штока слива дозы и дно углубления в кнопке штока отбора дозы (вторая пара упоров).

Недостатком устройства является снижение точности дозирования в связи с тем, что шток отбора дозы, предназначенный для формирования дозы, непосредственно не взаимодействует с плунжером. Между штоками отбора дозы и плунжером расположен фланец штока слива дозы.

Наличие в кинематической цепи, к которой предъявляются высокие требования XI CJ XJ Х|

нимальных осевых люфтов подвижного звена-фланца штока слива дозы создает дополнительную погрешность перемещения плунжера, а следовательно, дополнительную погрешность дозирования устройства.

Осевой люфт кинематической цепи в 1 мкм создает погрешность дозирования пипеток различных типов, лежащих в пределах 0,005-0,05%.

Если учесть, что каждое подвижное зве- но в кинематической цепочке пипетки вносит осевой люфт в десятки, сотни микрон, принимая во внимание существование переменной осевой силы, действующей в кинематической цепи, то погрешность дозирования в известном устройстве за счет промежуточного звена между штоком отбора дозы и плунжером будет соизмерима с полной погрешностью дозирования пипетки, соответствующей современным эксплуатационным требованиям.

Целью изобретения является повышение точности дозирования.

Поставленная цель достигается тем, что в пипетке, содержащей полый корпус с крышкой, установленный в нем подпружиненный плунжер, снабженный штоками отбора и слива дозы с нажимными кнопками, средства ограничения хода плунжера при отборе и сливе дозы, включающие парыупо- ров и обеспечивающие больший ход штока слива дозы, чем шток отбора, штоки расположены параллельно друг другу, на концах штоков выполнены выступы, сопряженные с плунжером, в корпусе над выступами што- ков установлена втулка, ограничивающая положение штока на выступе и штоке слива дозы, выполнен, по крайней мере, один открытый вниз продольный паз, со стороны штока отбора дозы, на котором выполнен входящий в этот паз выступ, а пары упоров образованы выступами на штоках или плунжере и выступами крышки или корпуса и расположены вне или внутри корпуса.

Кроме того, для повышения технологии- ности над выступом штока слива дозы установлена с зазором втулка.

Кроме того, на каждом штоке выполнены выступающие продольные направляющие, расположенные в соответствующих пазах, выполненных в крышке.

Отличительные признаки формулы изобретения ведут к проявлению объектом но- чзых свойств, а именно к достижению непосредственного взаимодействия штока отбора (формирования) дозы с плунжером, без промежуточных подвижных элементов. Причем штоки отбора и слива дозы в кинематической цепи передают движение плунжеру независимо друг от друга при

выполнении своего функционального назначения в алгоритме работы пипетки. Исключение подвижного промежуточного элемента в кинематической цепи привело к ликвидации осевой погрешности перемещения плунжера, обусловленной этим люф- тирующим промежуточным элементом, что позволило повысить точность дозирования пипетки.

Предусмотренный в пипетке зазор над выступом штока слива дозы обеспечивает гарантированное непосредственное замыкание кинематической цепи: плунжер-шток отбора дозы, а также создает технологические преимущества, так как не требуется выполнение с большой точностью внутренних и внешних размерных величин деталей в осевом направлении, выступов, пазов штоков.

Кроме того, выполнение на штоках направляющих и пазов в крышке корпуса способствует уменьшению осевой флюктуации штоков, позволяя тем самым повысить точность дозирования.

На фиг.1 изображен продольный разрез пипетки.

На фиг.2 - разрез по А-А.

На фиг.З - разрез по Б-Б.

Пипетка содержит полый корпус 1 с крышкой 2 с плунжерной камерой 3, расположенной в штуцере 4, на который надет наконечник 5. Внутри корпуса 1 и плунжерной камеры 3 установлен плунжер 6, подпружиненный пружиной 7.-Плунжер б пропущен через уплотнение §, поджатое пружиной 9 посредством втулки 10, а на другом его конце имеется втулка 11. Плунжер 6 сопряжен с двумя параллельно расположенными штоками: штоком отбора дозы 12 и штоком слива дозы 13, каждый из которых имеет нажимную кнопку, соответственно 14, 15. На концах штоков 12, 13 выполнены выступы 16, 17. В корпусе 1 над выступами 16, 17 штоков 12, 13 установлена втулка 18, ограничивающая верхнее положение штоков. Втулка 18 может быть установлена в крышке 2 как жестко, так и с возможностью регулировки, например, на резьбе. На штоке 13 выполнен, по крайней мере, один открытый вниз продольный паз 19, обращенный к штоку 13, на конце которого имеется выступ 20, входящий в паз 19 штока 13. Над выступом 17 штока 13 слива дозы имеется зазор 21.

Средства ограничения хода плунжера представляют пару упоров, образованную выступами 22, 23 соответственно на штоке отбора дозы 12 и крышке 2 корпуса и пару упоров 24, 25 соответственно на плунжере 6 и втулке 26, укрепленной в корпусе 1.

Расстояние между выступами 24, 25 больше, чем между выступами 22 и 23 на величину дополнительного хода плунжера, необходимого для слива остатков дозы из наконечника.

Возможны и другие варианты размещения упоров, например:

выступы на штоке слива дозы 13 и на крышке корпуса (аналогично упорам 22 и 23);

пазы на внутренней стенке корпуса, в которые входят выступы штоков (на фиг. не показаны).

На штоке 12 выполнены продольные направляющие 27, 28, а на штоке 13 - направляющие 29 и 30, входящие в пазы 31-34 на крышке 2 корпуса.

При работе с пипеткой осуществляются следующие операции:

вытесняют воздух из плунжерной камеры 3 через наконечник 5 (прямой ход плунжера);

отбирают в наконечник 5 дозу жидкости, пропорциональную объему вытесненного воздуха из плунжерной камеры (обратный ход плунжера);

сливают отобранную дозу в емкость (прямой ход плунжера);

возвращают плунжер в исходное положение (обратный ход).

Отбор дозы осуществляют штоком 12.

Огив отобранной дозы осуществляют штоком 13.

Прямой ход плунжера создается давлением на нажимные кнопки 14 или 15 до упора.

Обратный ход осуществляется пружиной 7 при снятии нагрузки.с кнопок 14. 15.

Вывод о достижении цели изобретения сделан на основании расчета составляющей погрешности прототипа, полностью исключенной в заявляемой конструкции.

В прототипе формирование дозы .осуществляется штоком отбора дозы.

Этот шток непосредственно не взаимодействует с плунжером, так как между ним и плунжером находится фланец штока слива дозы, коаксиально расположенного внутри внешнего штока.

Расположение подвижного элемента- фланца штока слива дозы между штоком отбора дозы и плунжером вызывает погрешность осевого перемещения плунжера, а следовательно, и погрешности дозирования из-за флюктуации наклона плоскости торцов фланца относительно плоскостей торцов плунжера и штока отбора дозы, связанных осевым наклоном штока слива дозы относительно оси штока отбора дозы, определяемого зазором между штоками и

неперпендикулярности оси штока слива дозы поверхностям торцов фланца.

В заявляемой конструкции шток отбора дозы непосредственно взаимодействует с плунжером, а следовательно, в этой конструкции вышеуказанные погрешности отсутствуют.

На фиг.4 показана схема образования кинематической осевой погрешности при наклоне штока слива дозы в штоке отбора дозы. Исходные данные для учета получены прямым измерением на модели пипетки фирмы Коне (Финляндия), в которой использовано решение по прототипу. Обозначения на фиг.4:

1- ось штока слива дозы, совпадающая с осью штока отбора дозы;

2- ось штока слива дозы, отклоненного в зазоре со штоком отбора дозы;

3, 4 - поверхность фланца штока слива дозы при двух его положениях; АВ А В Гф -радиус фланца; АС А С - диаметр фланца; 5, 6 - вертикали крайних точек оси на- клонного штока слива дозы в плоскостях оснований штока отбора дозы;

КЕ - lo - длина штока отбора дозы; а- угол наклона оси штока слива дозы в положении 2.

Абсолютная кинематическая погрешность Д1, образующаяся при наклоне фланца штока слива дозы, определяется выражением

35Д1 ДН + Д|2,

(D

где Д И Д12, так как А В В С . Тогда:

40 Д1 2ДИ,

(2)

где Д И - расстояние между уровнями центра В фланца и наиболее удаленной от центра точки А фланца. 45 Найдем ДМ:

50

ДН Гф sin a . Подставим (3) в (2), получим

(3)

Д| а

(4)

или

Al o sin a,

где - диаметр фланца. Определим угол а

toe- &

(5)

(6)

где КЕ 10 - длина штока отбора дозы, а К L Д d - зазор между штоками, т.е.

Ad dz - di,

(7)

где d2 - внутренний диаметр штока отбора дозы,

di- диаметр штока слива дозы. Таким образом:

tga

lo

(8)

Отсюда определим угол а

« arctg a.(9)

В пипетках фирмы Коне:

di 6,0 мм, da 6.3 мм, 10 57,5 мм

йф 8мм.

Рассчитаем угол о. по выражениям (8), (9), получим а - 0.299°.

Вычислим Д по формуле 5, подставляя приведенное измеренное значение dcj и рассчитанный угол а , получим:

At 0,04 мм.

Величина относительной погрешности определяется по формуле

Р

AI 100%

(10)

где In - величина хода штока отбора дозы.

Величина хода штока отбора дозы для различных значений доз лежит в пределах 5-20 мм. Учитывая, что АI для всех значений доз имеет одно и то же значение в связи с применением одного и того же привода для пипеток на различные дозы, определим относительную погрешность для предельных значений хода штока отбора дозы ln 5 мм и In 20 мм по формуле (10), получим:

#5 0,83%. го 0,21%

Для всех других значений хода штока отбора доз, лежащих между предельными

значениями 5,20 мм, относительная погрешность р лежит в пределах 0,2-0,82%. что составляет приблизительно 40% полной относительной погрешности пипетки, достигнутой в настоящее время в мировой практике выпуска пипеток и равной 0.5- 2%.

Таким образом, расчетным путем показано, что за счет совершенствования в предлагаемом решении узла привода плунжера, выразившегося в исключении по сравнению с прототипом промежуточного звена между штоком отбора дозы и плунжером, получено уменьшение погрешности дозирования.

. Формула изобретения

1.Пипетка, содержащая полый корпус с крышкой, установленный в нем подпружиненный плунжер, снабженный штоками отбора и слива с нажимными кнопками.

средства ограничения хода плунжера при отборе и сливе дозы, включающие пары упоров и обеспечивающие больший ход штока слива дозы, чем штока отбора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности дозирования, штоки расположены параллельно друг другу, на концах штоков выполнены выступы, сопряженные, с плунжером, в корпусе над выступами штоков установлена втулка, ограничивающая верхнее

положение штоков, на выступе и штоке слива дозы выполнен по крайней мере один открытый вниз продольный паз со стороны штока отбора дозы, на котором выполнен входящий в этот паз выступ, а пары упоров

образованы выступами на штоках или плунжере и выступами крышки или корпуса и расположены вне или внутри корпуса.

2.Пипетка по п. 1,отли чающаяся тем, что, с целью повышения технологичности, над выступом штока слива установлена с зазором втулка.

3.Пипетка по п. 1,отличающаяся тем, что на каждом штоке выполнены выступающие продольные направляющие, расположенные в соответствующих пазах, выполненных в крышке.

r-

CD Гr- i s

,,/ а/у

Использование: для ручного отбора и дозирования микроколичеств жидкости при проведении аналитических и исследовательских работ в научно-исследовательских, производственных лабораториях. Сущность изобретения: в пипетке, содержащей полый корпус с крышкой, установленный в нем подпружиненный плунжер, снабженный штоками отбора и слива с нажимными кнопками, средства ограничения хода плунжера при отборе и сливе дозы, включающие пары упоров и обеспечивающие больший,ход штока слива дозы, чем штока отбора, штоки расположены параллельно друг другу, на концах штоков выполнены выступы, сопряженные с плунжерами, в корпусе над выступами штоков установлена втулка, ограничивающая верхнее положение штоков, на выступе и штоке слива дозы выполнен по крайней мере один открытый вниз продольный паз со стороны штока отбора дозы, на котором выполнен входящий в этот паз выступ, а пары упоров образованы выступами на штоках или плунжере и выступами крышки или корпуса и расположены вне или внутри корпуса, при этом над выступом штока слива установлена с зазором втулка, на каждом штоке выполнены выступающие продольные направляющие в соответствующих пазах, выполненных в крышке. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.