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Die Erfindung betrifft eine Digitalbürette mit einem manuellen Antrieb zum Ansaugen und Ausbringen eines einstellbaren Dosiervolumens, einem nachgeschalteten Getriebe und einer von diesem gesteuerten digitalen Anzeigeeinrichtung zum Einstellen des Dosiervolumens, wobei die Steuerung einen mit dem Getriebe wirkverbundenen Inkrementgeber, wenigstens einen Sensor zum Erfassen der von dem Inkrementgeber erzeugten Signale und einen mit dem Sensor verbundenen Prozessor zum Berechnen des mit der Anzahl der Signale korrespondierenden Dosiervolumens umfaßt und der Prozessor an die digitale Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anzeigen des Dosiervolumens einer Digitalbürette mit einem manuellen Antrieb zum Ansaugen und Ausbringen eines einstellbaren Dosiervolumens, einem nachgeschalteten Getriebe und einer von diesem gesteuerten digitalen Anzeigeeinrichtung zum Einstellen des Dosiervolumens, wobei die Steuerung einen mit dem Getriebe wirkverbundenen Inkrementgeber in Form einer Sektorenscheibe mit zwei Gruppen von Sektoren unterschiedlicher magnetischer Feldstärke, die in Umlaufrichtung der Sektorenscheibe alternierend angeordnet sind, wenigstens einen magnetfeldabhängigen Sensor zum Erfassen der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe und einen mit dem Sensor verbundenen Prozessor zum Berechnen des mit der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe korrespondierenden Dosiervolumens umfaßt und der Prozessor an die digitale Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist.
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Digitalbüretten kommen bei einer Vielzahl von maßanalytischen Bestimmungen, wie Titrationen, zum exakten Dosieren definierter Flüssigkeitsvolumina zum Einsatz. Von Interesse ist insbesondere die Voreinstellbarkeit und die Reproduzierbarkeit des auszubringenden Dosiervolumens, welches von einer digitalen Anzeigeeinrichtung, wie einem Display, angezeigt wird.
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Die Wirkungsweise solcher Digitalbüretten beruht auf einem in einem Pipettierkanal geführten Hubkolben zum Ansaugen der zu dosierenden Flüssigkeit, wobei der Hubkolben mit der Flüssigkeit in der Regel über ein Luftpolster in Verbindung steht. Der Hubkolben ist manuell angetrieben, z. B. mittels eines Drehgriffs betätigbar, wobei die Drehbewegung über ein mechanisches Getriebe auf den Hubkolben übertragen wird, um das gewünschte Flüssigkeitsvolumen anzusaugen bzw. abzugeben. Zum Erfassen des mit der Umdrehungszahl des Drehgriffs korrespondierenden Dosiervolumens ist ein mit dem Getriebe wirkverbundener Inkrementgeber und ein Sensor zum Erfassen der von dem Inkrementgeber erzeugten Signale vorgesehen. Der Sensor ist an einen Prozessor angeschlossen, der aus den Signalen das Dosiervolumen errechnet, welches mittels einer digitalen Anzeigeeinrichtung, z. B. mit einer Flüssigkristallanzeige, Leuchtdioden oder dergleichen, angezeigt wird.
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Als Inkrementgeber kann eine Schlitzscheibe mit in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Schlitzen vorgesehen sein. Zum Erfassen der Umdrehungszahl der Schlitzscheibe dient ein optischer Sensor, z. B. eine Lichtschranke, der die Anzahl der den Sensor passierenden Schlitze erfaßt. Zum Erkennen der Drehrichtung der Schlitzscheibe und damit der Hubrichtung des Hubkolbens (Saug- oder Druckhub) kann ein zweiter optischer Sensor, z. B. eine zweite Lichtschranke, oder auch eine Gabellichtschranke vorgesehen sein, so daß sich die Drehrichtung der Schlitzscheibe aus der Reihenfolge der von den beiden Sensoren erzeugten Signale ergibt.
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Die
DE 38 18 531 A1 beschreibt eine Kolbenbürette mit einem als Schlitzscheibe ausgebildeten Inkrementgeber, welcher mit einer Gabellichtschranke zusammenwirkt, um die Drehrichtung der Schlitzscheibe bzw. die Hubrichtung des Kolbens zu ermitteln. Der
EP 0 559 223 A1 ist ein Flaschendosiergerät mit einer ähnlichen Steuerung entnehmbar.
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Ferner sind als Inkrementgeber allgemein Sektorenscheiben mit zwei Gruppen von Sektoren unterschiedlicher magnetischer Feldstärke bekannt, wobei die Sektoren der beiden Gruppen in Umlaufrichtung der Sektorenscheibe alternierend angeordnet sind. Die Sektoren können beispielsweise von Permanentmagneten gebildet sein, welche alternierend unterschiedliche und/oder entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder induzieren. Alternativ kann auch nur jeder zweite Sektor der Sektorenscheibe von einem Magnet gebildet sein, während die zwischen den Magneten angeordneten Sektoren nicht magnetisch sind. Zum Erfassen der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe ist ein magnetfeldabhängiger Sensor vorgesehen, der nach Art eines Magnetschalters arbeitet und ausschließlich aufgrund des von dem jeweiligen Magneten induzierten Magnetfeldes öffnet bzw. schließt. Diese Sensoren haben den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs, da sie nur die zum Erkennen der Öffnungs- bzw. Schließstellung erforderliche Spannungsversorgung benötigen, während der Öffnungs- und Schließvorgang an sich rein mechanisch aufgrund der von den Magneten der Sektorenscheibe induzierten Feldkraft erfolgt. Der Sensor erzeugt somit beim Drehen der Sektorenscheibe ein im wesentlichen rechteckförmiges Spannungs- bzw. Stromsignal.
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Die
GB 2 174 459 A beschreibt einen Flüssigkeitsdispenser mit einer Anzeigeeinrichtung, wobei als Drehgeber seines Hubkolbens eine solche Sektorenscheibe mit alternierend angeordneten Nord- und Südpolen vorgesehen sein kann, deren Drehzahl mittels eines mit den Magnetfeldern zusammenwirkenden Reed-Sensors erfaßt wird.
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Der Stromverbrauch von Digitalbüretten ist verhältnismäßig hoch, da sowohl die digitale Anzeigeeinrichtung als auch die gesamte Steuerung mit den Sensoren und insbesondere dem Prozessor Strom benötigt, wobei der Strombedarf des Prozessors in Abhängigkeit seiner Taktfrequenz am höchsten ist. Als Stromversorgung werden einerseits austauschbare Trockenbatterien oder wiederaufladbare Akkumulatoren eingesetzt. Von Nachteil sind die Ausfallzeiten für den Austausch oder das Aufladen derselben. Hinzukommt, daß sie unter den oft korrosiven Bedingungen im Labor unzeitig versagen und insbesondere beim Austritt des Elektrolyten die Bürette beschädigen können. Es sind ferner Digitalbüretten mit Lithiumzellen bekannt, die zusammen mit den elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen auf einer Platine aufgelötet sind. Derartige Lithiumzellen sind zwar verhältnismäßig widerstandsfähig, doch erfordert der regelmäßige Austausch der Zellen einen Ausbau bzw. Austausch der gesamten Platine und ist somit aufwendig und teuer. Ferner entstehen Nutzungsausfälle, da die Platinen nicht längere Zeit auf Vorrat gehalten werden können, ohne die Lithiumzellen zu beeinträchtigen.
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Die
GB 2 224 268 A beschreibt einen Flüssigkeitsdispenser, deren Dosierkolben mittels eines Induktionsmotors angetrieben ist. Zur Stromversorgung des Induktionsmotors ist in diesem Fall eine Solarzelle vorgesehen. Letzteres gilt auch für die
US 5 938 076 A , in der es um einen Flüssigkeitszerstäuber mit mehreren Stromverbrauchern geht, welche ebenfalls mittels einer Solarzelle mit Strom versorgt sind. Problematisch ist allerdings die von Solarzellen grundsätzlich nur begrenzt zur Verfügung gestellte Strommenge, welche proportional zu deren Fläche ist, wobei die maximal zur Verfügung stehende Fläche wiederum durch das Gehäuse des Dispensers vorgegeben ist. Wie oben erwähnt, weisen indes gerade gattungsgemäße Digitalbüretten einen relativ hohen Stromverbrauch auf, welcher mit steigender Taktfrequenz des Prozessors noch zunimmt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
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In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe bei einer Digitalbürette der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Stromversorgung der Steuerung wenigstens eine Solarzelle, als Inkrementgeber eine Sektorenscheibe mit zwei Gruppen von Sektoren unterschiedlicher magnetischer Feldstärke, die in Umlaufrichtung der Sektorenscheibe alternierend angeordnet sind, und zum Erfassen der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe zwei in Umlaufrichtung der Sektorenscheibe mit Abstand angeordnete, magnetfeldabhängige Sensoren, welche für den Schaltvorgang selbst keinen Strom benötigen, zum Berechnen des Dosiervolumens in Abhängigkeit der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe vorgesehen sind, wobei der Winkelabstand der Sensoren ungleich einem ganzzahligen Vielfachen des Winkels zwischen den Sektoren der Sektorenscheibe beträgt.
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Die Solarzelle dient hierbei zweckmäßig zugleich zur Stromversorgung der digitalen Anzeigeeinrichtung.
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Durch die erfindungsgemäß zur Stromversorgung der Digitalbürette vorgesehene Solarzelle wird jeglicher Austausch von Batterien, Akkumulatoren oder dergleichen entbehrlich. Die Solarzellen sorgen stets für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Digitalbürette. Sie sind mit Vorteil an einer dem Austragsorgan abgewandten Seite der Digitalbürette, z. B. an deren Rückseite oder Oberseite, angeordnet.
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Da die zur Verfügung stehende Oberfläche des Gehäuses der Digitalbürette klein und die Anordnung der Solarzellen lokal begrenzt ist, muß für eine möglichst kleine Oberfläche der Solarzellen gesorgt werden. Dies wiederum führt zu der Notwendigkeit, den Stromverbrauch der Digitalbürette niedrig zu halten. Dem trägt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Digitalbürette dadurch Rechnung, daß der Inkrementgeber in Form einer Sektorenscheibe mit zwei Gruppen von Sektoren unterschiedlicher magnetischer Feldstärke ausgebildet ist, die in Umlaufrichtung der Sektorenscheibe alternierend angeordnet sind, wobei zum Erfassen der Umdrehungszahl des Sektorenrads die beiden magnetfeldabhängigen Sensoren, welche für den Schaltvorgang keinen Strom benötigen, vorzugsweise in Form von Reed-Sensoren, vorgesehen sind. Wie bereits angedeutet, weisen derartige magnetfeldabhängige Sensoren den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs auf, da sie nur die zum Erkennen der Öffnungs- bzw. Schließstellung erforderliche Betriebsspannung erfordern, während der Öffnungs- bzw. Schließvorgang als solcher rein mechanisch infolge der von der Sektorenscheibe induzierten magnetischen Feldkraft geschieht.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wonach zwei in Umlaufrichtung der Sektorenscheibe mit Abstand angeordnete magnetfeldabhängige Sensoren, vorzugsweise Reed-Sensoren, zum Berechnen des Dosiervolumens in Abhängigkeit der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe vorgesehen sind, wobei der Winkelabstand der Sensoren ungleich einem ganzzahligen Vielfachen des Winkels zwischen den Sektoren der Sektorenscheibe beträgt, ist es darüber hinaus möglich, die Taktfrequenz des Prozessors bei gleicher Meßgenauigkeit erheblich, z. B. etwa um die Hälfte, herabzusetzen, was mit einer nochmaligen deutlichen Stromersparnis einhergeht, so daß die für den notwendigen Strom erforderliche Oberfläche der Solarzellen erheblich verringert wird und eine Anordnung der Solarzellen unmittelbar nur auf einem Oberflächenabschnitt des Gehäuses der Digitalbürette möglich ist.
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Wie bereits erwähnt, sind Digitalbüretten mit einer anderen Sensorik, nämlich einer Schlitzscheibe und zwei Lichtschranken bekannt (
DE 38 18 531 A1 ,
EP 0 559 223 A1 ), doch dient die zweite Lichtschranke hierbei ausschließlich zum Erkennen der Drehrichtung der Schlitzscheibe bzw. der Hubrichtung des Hubkolbens und führt eine Erniedrigung der Taktfrequenz des Prozessors somit zwangsweise zu einer nicht tolerierbaren Verringerung der Meßgenauigkeit.
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Erfindungsgemäß dienen hingegen beide Sensoren zum Berechnen des Dosiervolumens in Abhängigkeit der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe, indem die Signale der Ein- und Ausschaltvorgänge beider Sensoren zum Errechnen des Dosiervolumens an den Prozessor abgegeben werden. Auf diese Weise finden beispielsweise bei einer Umdrehung der Sektorenscheibe um einen dem Winkel eines Sektors entsprechenden Winkel insgesamt zwei Ein- und Ausschaltvorgänge statt, d. h. die Anzahl der Signale pro Umdrehung der Sektorenscheibe wird erhöht, was mit einer Erhöhung der Meßgenauigkeit einhergeht. Gleichzeitig ist anhand des Gesamtsignals erkennbar, in welcher Position sich die Sensoren bezüglich der Sektoren der Sektorenscheibe befinden, so daß es bei schneller Aktion des Hubkolbens der Digitalbürette bzw. bei schneller Umdrehung der Sektorenscheibe zum sicheren Erkennen der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe z. B. ausreicht, wenn der Prozessor nur registriert, wenn sich beide Sensoren in der Öffnungs- und/oder Schließstellung befinden, was bei einer Umdrehung der Sektorenscheibe um zwei Sektoren jeweils nur einmal vorkommt. Ebenfalls ist es möglich, daß der Prozessor bei schneller Aktion der Sektorenscheibe nur eines der beiden von den Sensoren erzeugten Signale, z. B. nur die Ein- und/oder Ausschaltvorgänge des einen Sensors, zur Bestimmung des korrespondierenden Dosiervolumens auswertet. Bei langsamer Umdrehung der Sektorenscheibe oder bei Stillstand derselben kann dann die dem Dosiervolumen entsprechende exakte Stellung der Sektorenscheibe anhand der Relativposition der Sektorenscheibe bezüglich der beiden Sensoren bzw. anhand beider von den Sensoren erzeugten Signale, z. B. der Ein- und Ausschaltvorgänge beider Sensoren ermittelt werden. Auf diese Weise kann die Taktfrequenz des Prozessors und damit der zum Betrieb erforderliche Strom auch bei einer schnellen Aktion des Hubkolbens bei gleicher Meßgenauigkeit entsprechend vermindert werden. Darüber hinaus ist anhand der Reihenfolge der Signale der beiden Sensoren bzw. anhand des Gesamtsignals selbstverständlich auch die Drehrichtung der Sektorenscheibe und somit die Hubrichtung des Hubkolbens erkennbar, wie es an sich bei mit zwei optischen Sensoren ausgestatteten Digitalbüretten bekannt ist.
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Während für eine solche Steuerung als Sensoren im Prinzip beliebige Sensoren in Frage kommen, sind erfindungsgemäß aufgrund des geringen Stromverbrauchs aber insbesondere Reed-Sensoren von vorrangigem Interesse, die für den Schaltvorgang selbst keinen Strom und lediglich zum Erkennen der Öffnungs- und Schließstellung eine geringe Spannung benötigen, wobei z. B. die Gesamtspannung oder der Gesamtstrom beider Sensoren an den Prozessor übermittelt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stromversorgung zumindest einiger elektrischer und/oder elektronischer Bauteile der Steuerung in Abhängigkeit von der Aktion des Getriebes gesteuert ist.
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Hierbei kann beispielsweise die Stromversorgung der Sensoren bei Stillstand des Getriebes abschaltbar bzw. bei Aktion des Getriebes, z. B. mittels eines mechanischen Impulses, wieder zuschaltbar sein. Des weiteren ist es insbesondere möglich, die Stromversorgung des Prozessors bei Stillstand des Getriebes durch Absenken seiner Taktfrequenz zu verringern und bei Aktion des Getriebes wieder zu erhöhen, was ebenfalls mittels eines mechanischen Impulses oder unmittelbar beim Empfang des Signals wenigstens eines der beiden Sensoren geschehen kann.
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Ferner kann die Stromversorgung der digitalen Anzeigeeinrichtung bei Stillstand des Getriebes mit voreinstellbarer Verzögerung abschaltbar sein, wobei die Anzeige dann z. B. nach einer bestimmten Zeit erlischt.
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Der Prozessor weist mit Vorzug eine Mindestbetriebsspannung von höchstens 2 V auf. Diese bekannten Prozessoren arbeiten bis zu einer Mindestbetriebsspannung von 2 V betriebssicher und weisen gegenwärtig den geringsten Stromverbrauch auf, wobei die Bestrebungen in der Elektronikindustrie dahingehen, die Prozessoren weiter zu miniaturisieren und die Mindestbetriebsspannung weiter zu reduzieren. Selbstverständlich ist es zweckmäßig, die erfindungsgemäße Digitalbürette mit solchen kommerziell erhältlichen Prozessoren auszustatten, welche eine kleinstmögliche Mindestbetriebsspannung erfordern, um den Stromverbrauch so gering wie möglich zu halten. Hierbei ist im Falle von Weiterentwicklungen eine Substitution der gegenwärtig vorgesehenen Prozessoren durch neue, noch stromsparendere Prozessoren angedacht.
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In vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, daß der Anzeigeeinrichtung ein stromloser Speicher zum Ablegen zumindest des zuletzt gewählten Dosiervolumens zugeordnet ist. Auf diese Weise ist auch nach längerer Standzeit der Digitalbürette das zuletzt gewählte Dosiervolumen erkennbar, was insbesondere beim Einsatz der Digitalbürette für Versuchsserien erwünscht ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Anzeigen des Dosiervolumens einer Digitalbürette mit einem manuellen Antrieb zum Ansaugen und Ausbringen eines einstellbaren Dosiervolumens, einem nachgeschalteten Getriebe und einer von diesem gesteuerten digitalen Anzeigeeinrichtung zum Einstellen des Dosiervolumens, wobei die Steuerung einen mit dem Getriebe wirkverbundenen Inkrementgeber in Form einer Sektorenscheibe mit zwei Gruppen von Sektoren unterschiedlicher magnetischer Feldstärke, die in Umlaufrichtung der Sektorenscheibe alternierend angeordnet sind, wenigstens einen magnetfeldabhängigen Sensor, vorzugsweise einen Reed-Sensor, zum Erfassen der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe und einen mit dem Sensor verbundenen Prozessor zum Berechnen des mit der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe korrespondierenden Dosiervolumens umfaßt und der Prozessor an die digitale Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung von wenigstens einer Solarzelle mit Strom versorgt wird, und daß die Signale von zwei in Umlaufrichtung der Sektorenscheibe mit einem Abstand ungleich einem ganzzahligen Vielfachen des Winkels zwischen den Sektoren der Sektorenscheibe angeordneten, magnetfeldabhängigen Sensoren, welche für den Schaltvorgang selbst keinen Strom benötigen, an den Prozessor abgegeben werden und das Dosiervolumen zumindest bei langsamer Aktion des Getriebes anhand beider Signale berechnet wird.
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Zweckmäßig wird anhand der beiden Signale zusätzlich die Drehrichtung des Sektorenrads erkannt.
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Mit Vorteil wird das Dosiervolumen zumindest bei langsamer Aktion des Getriebes anhand der Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge beider Sensoren, also beispielsweise aus der Summe der von den Sensoren beim Ein- und Ausschalten an den Prozessor abgegebenen Strom- oder Spannungsimpulse, berechnet.
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In Weiterbildung ist hierbei vorgesehen, daß der Prozessor mit einem voreinstellbaren Wert der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe programmiert wird, so daß bei einer Umdrehungszahl der Sektorenscheibe kleiner als der vorgegebene Wert das Dosiervolumen anhand der Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge beider Sensoren berechnet wird, während bei einer Umdrehungszahl der Sektorenscheibe größer als der vorgegebene Wert das Dosiervolumen ausschließlich anhand der Ein- und/oder Ausschaltvorgänge eines der beiden Sensoren berechnet wird.
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Zweckmäßigerweise wird bei einer Umdrehungszahl der Sektorenscheibe größer als der vorgegebene Wert das Dosiervolumen ausschließlich anhand der Einschalt-vorgänge oder auch ausschließlich anhand der Ausschaltvorgänge eines der beiden Sensoren berechnet. Auf diese Weise wird bei einer Umdrehung der Sektorenscheibe um zwei Sektoren nur ein Schaltvorgang ausgenutzt und reicht folglich zum Erfassen dieser Zustände eine verhältnismäßig geringe und stromsparende Taktfrequenz am Prozessor aus. Bei langsamer Umdrehung oder Stillstand der Sektorenscheibe hingegen kann auch ein kleines Dosiervolumen anhand der Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge beider Sensoren bzw. aus der Summe der von beiden Sensoren beim Aus- und Einschalten an den Prozessor abgegebenen Strom- oder Spannungsimpulse sehr exakt ermittelt werden, wobei der maximale Fehler kleiner als der einer Umdrehung der Sektorenscheibe um einen halben Sektor entsprechende Hubweg des Hubkolbens der Digitalbürette ist.
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Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, daß der Prozessor mit zwei verschiedenen voreinstellbaren Werten der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe programmiert wird. In diesem Fall ist vorgesehen, daß bei einer Umdrehungszahl der Sektorenscheibe kleiner als der vorgegebene niedrige Wert das Dosiervolumen anhand der Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge beider Sensoren berechnet wird. Bei einer Umdrehungszahl der Sektorenscheibe zwischen den beiden vorgegebenen Werten wird dann das Dosiervolumen anhand der Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge eines der beiden Sensoren ermittelt, während bei einer Umdrehungszahl der Sektorenscheibe größer als der vorgegebene höhere Wert ausschließlich anhand der Ein- oder Ausschaltvorgänge eines der beiden Sensoren ermittelt wird. Auf diese Weise ist eine noch feinere Abstufung der Betriebszustände bzw. der Taktung des Prozessors möglich.
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Wie bereits angedeutet, wird vorzugsweise die Stromversorgung zumindest einiger elektrischer und/oder elektronischer Bauteile der Steuerung in Abhängigkeit von der Aktion des Getriebes gesteuert, wobei insbesondere die Stromversorgung der Sensoren bei Stillstand des Getriebes abgeschaltet werden kann. Weiterhin wird die Taktfrequenz des Prozessors bei Stillstand des Getriebes vorzugsweise abgesenkt.
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Eine weiterhin bevorzugte Energiesparmaßnahme besteht darin, daß die Stromversorgung der digitalen Anzeigeeinrichtung bei Stillstand des Getriebes mit voreinstellbarer Verzögerung abgeschaltet wird.
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Der Prozessor wird mit Vorteil mit einer Mindestbetriebsspannung von höchstens 2 V beaufschlagt, wobei die während des Betriebs an dem Prozessor anliegende Spannung beispielsweise zwischen etwa 2 und 3,5 V gewählt werden kann.
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In vorteilhafter Ausführung wird zumindest das von der Anzeigeeinrichtung zuletzt angezeigte Dosiervolumen stromlos gespeichert, um auch nach längerer Standzeit der Digitalbürette das zuletzt gewählte Dosiervolumen zugänglich zu machen.
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Während grundsätzlich zur Stromversorgung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile der Digitalbürette auch Batterien oder Akkumulatoren vorgesehen sein können, deren Betriebsdauer durch das erfindungsgemäße Verfahren erheblich erhöht wird, wird die Steuerung wie auch die digitale Anzeigeeinrichtung mit Vorteil von wenigstens einer Solarzelle mit Strom versorgt.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische einer Ausführungsform des Antriebsblocks einer Digitalbürette;
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2 eine schematische Ansicht des Inkrementgebers der Digitalbürette gemäß 1 mit zwei Sensoren;
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3 den Signalverlauf an dem einen Sensor gemäß 2;
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4 den Signalverlauf an dem anderen Sensor gemäß 2;
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5 die von dem Prozessor bei schneller Aktion des Getriebes zur Berechnung großer Dosiervolumina verwerteten Signale der Sensoren; und
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6 die von dem Prozessor bei langsamer Aktion des Getriebes zur Berechnung kleiner Dosiervolumina verwerteten Signale der Sensoren.
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1 zeigt einen Antriebsblock 10, der im Kopf einer Digitalbürette angeordnet ist. Der Antriebsblock 10 weist einen manuellen Antrieb 11 in Form eines Drehgriffs 12 auf. Gegebenenfalls ist auf der gegenüberliegenden Seite ein gleicher Drehgriff angeordnet, die auf einer gemeinsamen Achse sitzen. Die Achse steht über ein aus Zahnrädern 13 und Ritzeln 14 gebildetes mechanisches Getriebe 15 mit einer Kolbenstange 16 eines Hubkolbens 17 in Verbindung. Die Kolbenstange 16 ist zu diesem Zweck an ihrer der Abtriebsseite des Getriebes 15 zugewandten oberen Abschnitt als Zahnstange 18 ausgebildet. Der Hubkolben 17 ist in einem Pipettierkanal 19 geführt und gegen diesen mittels einer Dichtlippe 20 abgedichtet, um das gewünschte Flüssigkeitsvolumen anzusaugen bzw. abzugeben.
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Zum Erfassen des mit der Umdrehungszahl des Drehgriffs 12 korrespondierenden Dosiervolumens ist eine Steuerung mit einem mit dem Getriebe 15 wirkverbundenen Inkrementgeber 21 in Form einer Sektorenscheibe 1 (2) mit zwei Gruppen von Sektoren 2, 3 unterschiedlicher magnetischer Feldstärke vorgesehen, die in Umlaufrichtung u der Sektorenscheibe 1 alternierend angeordnet sind. Die Sektoren 2, 3 sind beispielsweise mit Permanentmagneten jeweils unterschiedlicher Polarität (Nordpol/Südpol) ausgestattet, so daß die Magnete zweier benachbarter Sektoren 2, 3 der Sektorenscheibe 1 jeweils ein Magnetfeld mit entgegengesetzt gerichteten Feldlinien induzieren. Alternativ können die Sektoren 2 der Sektorenscheibe 1 auch mit unipolaren Magneten versehen sein, während die Sektoren 3 nicht magnetisch sind. In der gezeigten Ausführungsform weist die Sektorenscheibe 1 insgesamt acht Sektoren 2, 3 auf.
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Im Umlaufbereich der Sektorenscheibe 1 sind zwei in Umlaufrichtung derselben hintereinander angeordnete Reed-Sensoren S1, S2 vorgesehen, deren Winkelabstand α z. B. etwa 2/3 des Winkels β zwischen den Sektoren 2, 3 der Sektorenscheibe 1 beträgt. Die Sensoren S1, S2 sind an einen Prozessor (nicht dargestellt) angeschlossen, der aus den bei Aktion der Sensorenscheibe 1 von den Sensoren S1, S2 erzeugten Signalen das entsprechende Dosiervolumen errechnet, welches mittels einer digitalen Anzeigeneinrichtung 23 (1), z. B. einer Flüssigkristallanzeige, angezeigt wird. Der Prozessor und die Anzeigeeinrichtung 23 sind von einer Solarzelle 22 (1) mit Strom versorgt. Auch die Sensoren S1, S2 sind von der Solarzelle 22 mit einer geringen Betriebsspannung beaufschlagt, so daß jeder Sensor S1, S2 bei Drehung der Sektorenscheibe 1 ein im wesentlichen rechteckförmiges Signal erzeugt (3, 4). Das rechteckförmige Signal kommt dabei durch Öffnen und Schließen der nach Art eines Magnetschalters wirkenden Reed-Sensoren S1, S2 zustande, wobei das Öffnen der Sektoren S1, S2 z. B. durch das Magnetfeld der Sektoren 2 und das Schließen durch das hiervon verschiedene Magnetfeld der Sektoren 3 bewirkt wird. Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, wird der Winkel β der Sektoren 2, 3 dabei durch die Breite eines Signals und der Winkelabstand α der beiden Sensoren S1, S2 durch die Phasenverschiebung der beiden Signale I1, I2 repräsentiert, aus der sich die Umlaufrichtung der Sektorenscheibe 1 bestimmen läßt.
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Wie den 5 und 6 zu entnehmen ist, differenziert die Steuerung beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen großem und kleinem Dosiervolumen bzw. zwischen schneller und langsamer Aktion des Drehgriffs, indem der Prozessor mit einem voreinstellbaren Wert der Umdrehungszahl der Sektorenscheibe 1 programmierbar ist und ein Eingang des Prozessors die tatsächliche Drehgeschwindigkeit der Sektorenscheibe 1 überwacht und mit dem vorgegebenen Wert vergleicht.
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5 zeigt die von dem Prozessor bei schneller Aktion des Drehgriffs 12 zur Berechnung des von der Anzeigeeinrichtung 23 angezeigten Dosiervolumens verwerteten Signale IS der Sensoren S1, S2. Wie aus der 5 ersichtlich, werden bei schneller Aktion im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur die Einschaltvorgänge, also nur die jeweils ansteigende Flanke des Signals des Sensors S1 (3) registriert. Ein solcher Schaltvorgang tritt nach Drehung der Sektorenscheibe 1 um jeweils zwei Sektoren 2, 3 einmal auf. Es wird folglich bei einer Umdrehungszahl der Sektorenscheibe 1 größer als der vorgegebene Wert nur jeder vierte Schaltvorgänge beider Sensoren S1, S2 zur Berechnung des Dosiervolumens verwertet. Entspricht also ein Inkrement z. B. 1 μl, so entspricht jedes der in 5 wiedergegebenen Signale IS 4 μl. Die Taktfrequenz und somit der Stromverbrauch des Prozessors kann auf diese Weise bei schneller Aktion des Getriebes verringert werden.
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Während bei schneller Aktion des Getriebes 15 (großes Dosiervolumen) eine verhältnismäßig grobe Auflösung (Registrierung der Einschaltvorgänge nur eines der beiden Sensoren S1, S2) ausreicht, sollte die Auflösung bei langsamer Aktion des Getriebes 15 (kleines Dosiervolumen) verhältnismäßig fein sein, um den Dosierfehler gering zu halten. Aus diesem Grund ist bei einer Umdrehungszahl der Sektorenscheibe 1 kleiner als der vorgegebene Wert vorgesehen, daß das Dosiervolumen anhand der Ein- und Ausschaltvorgänge beider Sensoren S1, S2 berechnet wird. Dies ist in 6 gezeigt. Wie hieraus ersichtlich, werden bei langsamer Aktion des Getriebes 15 sowohl die Ein- als auch die Ausschaltvorgänge beider Sensoren S1, S2, also sowohl die ansteigenden als auch die abfallenden Flanken der Signale der Sensoren S1 und S2 (3 und 4), registriert, also insgesamt vier Signale verwertet. Entspricht also ein Inkrement z. B. 4 μl, so entspricht jedes der in 6 wiedergegebenen Signale IS 1 μl bzw. entsprechen jeweils vier Signale IS 4 μl. Die beiden Sensoren S1, S2 sorgen somit bei langsamer Aktion des Getriebes 15 für eine erhöhte Meßgenauigkeit, indem pro Umdrehung der Sektorenscheibe 1 um den Winkel β eines Sektors 2, 3 vier Signale IS erzeugt werden. Auf diese Weise ist beispielsweise auch nach einer abrupt beendeten schnellen Umdrehung der Sektorenscheibe 1 eine exakte Ermittlung des Dosiervolumens anhand des Gesamtsignals IL sichergestellt.
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Die aus dem geringeren Stromverbrauch des Prozessors infolge der Verringerung seiner Taktfrequenz in Abhängigkeit der Aktion des Getriebes 15 resultierende Stromersparnis beträgt etwa 30% gegenüber dem Stormbedarf bei einer mit nur einem Sensor ausgestatteten Digitalbürette.
