JPH11118U - 放射計の補正係数およびロータの温度を決定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠心器内に配置されるいかなるロータのため
にも放射計の補正係数を決定できる方法を提供すること
にある。 【解決手段】 ロータ（Ｒ）は予め冷却され、冷却容器
（１６）の内部に配置される。放射計（Ｔ）の温度およ
び冷却容器の温度を第１時点で測定する。その後、冷却
容器の温度を放射計の温度と平衡させ、放射計の温度お
よび冷却容器の温度を第２時点で測定する。そして、冷
却容器の第１時点の温度と第２時点の温度との差を算出
し、これによって冷却容器の温度偏位を定める。さら
に、放射計の第１時点の温度と第２時点の温度との差を
算出し、これによって放射計の温度偏位を定める。その
後、放射計の温度偏位を冷却容器の温度偏位で割って放
射計の補正係数を算出する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、遠心器のロータの温度測定に使用する放射計の補正係数および前記 ロータの温度を決定する方法に関する。前記補正係数は、遠心分離操作時に前記 ロータを冷却容器によって冷却するときに、遠心分離操作時の前記ロータの温度 を前記冷却容器の温度および前記放射計の温度から算出するために使用される。

【０００２】

【従来の技術】

遠心器による遠心分離は、最高の結果を得るために正確な試料温度において行 なわれなければならない。例えば、生物学的試料の場合、試料およびロータの好 ましい温度は通常０℃である。

【０００３】 遠心器のロータの温度を正確に決定するために放射計が使用される（米国特許 第3,409,212 号および第4,776,825 号明細書）。この放射計は、ロータからの放 射、すなわち放射エネルギを放射計の検出要素に受け入れてロータの温度を測定 する。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ロータが正確な温度状態にない場合、ロータの周囲に大きな冷却容器を配置し 、この冷却容器を冷却することによってロータを冷却している。ロータは、該ロ ータの温度と冷却容器の温度との差を維持することによって、遠心器による遠心 分離に必要とされる特定の温度に冷却されるが、ロータの温度測定に関して後に 述べる問題がある。

【０００５】 ロータの周囲に冷却容器を配置する場合、放射計は、ロータから放射エネルギ を受け入れるだけでなく、周囲の冷却容器からも放射エネルギを受け入れること が知られている。放射計がロータから受ける放射エネルギと、放射計が冷却容器 から受ける放射エネルギとは比として表すことができる。この比は固有の値であ って、ロータにおける放射計の「補正係数」と呼称される。この補正係数を数式 に当てはめることによってロータの温度を算出することができる。

【０００６】 遠心器において異なる目的のために異なるロータを使用することがあるが、補 正係数は、ロータの形状、ロータを形成している材料、冷却容器の熱放射等を含 む多くの要因によって変動する。そのため、補正係数の決定を複雑にしており、 従来では、ロータにおける放射計の補正係数は仮定されてきた。その結果、ロー タの温度算出に必ず誤差が生じるという問題がある。

【０００７】 本考案の目的は、遠心器内に配置されるいかなるロータのためにも放射計の補 正係数を決定できる方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】

本考案は、ロータの温度を測定する放射計を有し、この放射計が前記ロータの 温度と前記ロータを囲む冷却容器の温度との影響を受ける遠心器において、正確 に決定された試料温度で行う遠心分離を可能とするために、ロータの温度を冷却 容器の温度および放射計の温度から正確に算出するのに必要な補正係数を決定す る方法と、ロータの温度を決定する方法とに関する。

【０００９】 ロータは、予め冷却され、好ましくは遠心分離が起こる温度にほぼ一致する温 度範囲におかれる。ロータの冷却は冷却容器で行ってもよく、別の冷却設備で行 ってもよい。前記ロータを遠心器の冷却容器の内部に配置し、放射計の温度およ び冷却容器の温度を第１時点で測定する。放射計の温度はこの放射計そのものに よって測定され、また冷却容器の温度はそれ自体公知のサーミスターその他の温 度測定手段によって測定される。その後、前記冷却容器の温度を前記放射計の温 度と平衡させ、前記放射計の温度および前記冷却容器の温度を第２時点で測定す る。そして、前記冷却容器の第１時点の温度と第２時点の温度との差を算出し、 これによって冷却容器の温度偏位を定める。さらに、前記放射計の第１時点の温 度と第２時点の温度との差を算出し、これによって放射計の温度偏位を定める。 その後、前記放射計の温度偏位を前記冷却容器の温度偏位で割って放射計の補正 係数を算出する。そして、算出した補正係数を数式に入れ、ロータの温度を決定 する。

【００１０】 前述のように、放射計の補正係数は、放射計がロータから受ける放射エネルギ と、放射計が冷却容器から受ける放射エネルギとの比として表すことができる。 放射エネルギは温度と時間と面積との関数であるから、一定時間内に温度が変動 する場合には、前記比は、放射計がロータから受ける単位面積当たりの放射エネ ルギの変動量と、放射計が冷却容器から受ける単位面積当たりの放射エネルギの 変動量との比として表すことができ、結局、温度偏位の比として表すことができ る。

【００１１】 放射計の補正係数が決定した後、ロータの温度Ｔ_r は、冷却容器の温度Ｔ_c と 放射計の温度Ｔ_raとの差と決定した補正係数Ｕとの積を放射計の温度Ｔ_raに足し た値として表されるため、各数値を入れて算出する。

【００１２】 本考案によれば、放射計の補正係数を数学的に算出して決定するため正確であ る。そして、ひとたび補正係数が決定した後には、放射計の温度および冷却容器 の温度を監視することによってロータの正確な温度を算出することができること から、所定温度での遠心分離操作を可能にする。また、放射計の補正係数を数学 的に算出して決定するため、遠心器のオペレータは補正係数を決定するためのい かなるロータ変数をも挿入する必要がなく、また要求されない。したがって、ロ ータが遠心器を製作したメーカとは異なるメーカによって作られたものであって も、ロータを冷却容器内に配置して放射計の補正係数を算出して決定するだけで 、所定温度でのロータの遠心分離操作を行うことができる。

【００１３】

【考案の実施の形態】

一般的な遠心器が概略的に示された図１を参照して簡単に述べれば、冷却容器 ＣがロータＲを完全に取り巻いている。冷却容器Ｃは頂部でふた１６をされ、真 空維持シールによって密閉されている。冷却容器Ｃは、図示しない装置によって 一般的には電熱的に冷却される。ロータＲ内の試料は、一般的には、極めて高い 回転速度で回転軸線２０の周りで遠心分離される。この速度は毎分100,000 回転 にも達する。

【００１４】 遠心分離を行う前にロータＲの正確な温度を算出する必要がある。この詳細な 説明では初めにロータの温度を算出する上での問題を述べ、その後に解決手段を 説明する。

【００１５】 ２つのロータＲ，Ｒ₁が例示されていることが図１の側断面図から分る。実線 で示されている第１のロータＲは低い外形を有し、冷却容器Ｃの底壁２２の近傍 に位置している。破線で示されている第２のロータＲ₁ は、冷却容器Ｃの底壁２ ２に関して高く上げられている。

【００１６】 図２を参照すると、放射計Ｔの構造の概略が示されている。特に、放射計Ｔは 、放射計本体３３を通る電気リード線３０から、検出要素である熱吸収ディスク ３５への少なくとも１つのバイメタル結合、すなわち２つの異種金属の接合を含 む。ディスク３５上の符号３７における異種金属の接合点はリード線３９に温度 を電気的に伝達する。

【００１７】 第２図の放射計を参照すると、ロータＲまたはロータＲ₁ に関係している環境 からの放射エネルギがディスク３５に受け入れられる領域を、ディスクの接合点 ３７から環境に向けた２つの矢印として概略的に示してある。第１の矢印Ｖ₁ は それぞれのロータの方向を向いており、第２の矢印Ｖ₂ は冷却容器Ｃの側壁の方 向を向いている。第１の矢印Ｖ₁の方向では、ディスク３５からロータまでの距 離が異なるため、ロータＲ又はＲ₁から冷却容器Ｃの底壁２２に開けられた窓を 通り、ディスク３５に受け入れられる放射エネルギがロータによって異なること となる。また、第２の矢印Ｖ₂の方向では、接合点３７とロータＲ又はＲ₁の下端 隅部とを結ぶ線と水平線とがなす角度がロータの底壁２２からの高さや、ロータ の外径によって異なるため、冷却容器Ｃから冷却容器の底壁２２に開けられた窓 を通り、ディスク３５に受け入れられる放射エネルギがロータによって異なるこ ととなる。

【００１８】 放射計に入る放射エネルギの多少は、単にロータの形状や位置だけの問題では なく、形状や位置が同じであっても、特に、ロータの熱容量やロータの色、試料 の違いも放射エネルギの多少に影響を及ぼす。したがって、ロータＲおよびロー タＲ₁のそれぞれのために、ロータから受ける放射エネルギと冷却容器から受け る放射エネルギとの比、すなわち補正係数を決定することは困難であった。

【００１９】 本考案によれば、この困難は次のようにして解決される。一般的には遠心分離 される試料を有するいずれかのロータＲ，Ｒ₁が冷却容器の温度より低い温度に 予め冷却され、好ましくは、遠心分離が起こる温度にほぼ一致する温度範囲にお かれる。その後、前記ロータは遠心器の冷却容器内に配置される。

【００２０】 制御手段２４、例えばマイクロプロセッサは、放射計の温度Ｔ_raおよび周囲の 冷却容器の温度Ｔ_c を第１時点ｔ₀で測定手段を介して測定し、これを記録する 。具体的には、放射計の温度Ｔ_raは、第２図に示すように放射計自体によって測 定され、その結果が制御手段２４に記録される。一方、冷却容器Ｃの温度Ｔ_cは 、図１に示すように、それ自体公知のサーミスターその他の測定手段２６によっ て測定され、制御手段２４に記録される。その後、第２時点ｔ₁で放射計の温度 Ｔ_raと冷却容器の温度Ｔ_c とを平衡させ、すなわち、これらを互いにできる限り 近付けてその温度を測定し、記録する。ロータおよび冷却容器からそれぞれ放射 エネルギを受け入れる放射計の温度が冷却容器の温度と平衡した温度は、必然的 にロータの温度である。

【００２１】 前記ロータの合計熱容量は前記冷却容器の熱容量、特に前記放射計の熱容量と 比べて非常に大きいことが理解されるであろう。したがって、補正係数を求める ための前記手順は、第１時点から第２時点に至る間のロータの温度偏位が最も小 さい、という事実に依存する。

【００２２】 一方、ｔ₀ とｔ₁ との間の、前記放射計の温度偏位△Ｔ_raと前記冷却容器の温 度偏位△Ｔ_cとが算出され、△Ｔ_c に対する△Ｔ_raの比が定数Ｕを与えるべく算 出される。この定数は、前記放射計の「補正係数」である。この「補正係数」は 、ロータの特殊な形状や色、種類によって固有の値となる。

【００２３】 冷却容器がどんな温度であっても、ロータの正確な温度が補正係数を次式に当 てはめ、測定された冷却容器の温度および放射計の温度から容易に算出される。 すなわち、前記ロータの温度Ｔ_r は、前記冷却容器の温度Ｔ_c と前記放射計の温 度Ｔ_raとの差と決定した補正係数Ｕとの積に、前記放射計の温度Ｔ_raを足したも のとして表され、 数式Ｔ_r ＝Ｔ_ra＋Ｕ（Ｔ_c −Ｔ_ra） で与えられる。したがって、その後、ロータ温度を所定の温度に制御すべきとき 、前記数式に基づいて与えられるロータ温度が所定の温度となるように冷却容器 の温度を制御すればよい。

【００２４】 本考案によれば、特定の遠心器および特定の挿入されるロータにおける放射計 の「補正係数」を算出して正確に決定した後、この補正係数を使用してロータの 温度を算出することが可能である。そこで、本考案に係る放射計の補正係数を決 定する方法を使用することにより、ロータを遠心分離操作のための正確な温度ま で迅速に冷却することができる。具体的には、放射計の補正係数を決定した後、 冷却容器および放射計それぞれの温度を監視し、冷却容器内に配置されたロータ の温度を確認しながら、大きい温度差が冷却容器ＣとロータＲとの間に維持され るように、冷却容器を冷却する。この大きい温度差がロータの急速な冷却を引き 起こすこととなる。大きい温度差は、前記ロータが試料の処理温度に非常に近づ く時まで維持することができる。

【００２５】 その後、前記冷却容器は前記ロータと平衡にされる。一般的には、この平衡は 処理温度で正確に起こる。

【００２６】 ロータを冷却するサイクルは３分を要しない。数時間のオーダである一般的な ロータ冷却時間と比較するとき、ロータは処理の間に0.1 ℃以下に変化するため 、放射計の補正係数を決定する本考案に係る方法の使用により、ロータの自動化 された冷却が可能である。

【００２７】 本考案に係る方法はマイクロプロセッサを基本におくことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な遠心器の側断面図であり、２つの一般
的なロータの形状を実線と破線で概略的に示し、また、
放射計の補正係数を決定する装置を概略的に示してい
る。

【図２】放射計の概略的な側断面図である。

【符号の説明】

Ｃ 冷却容器 Ｒ，Ｒ₁ ロータ Ｔ 放射計 ２４ 制御手段 ２６ 測定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591028256 4300Ｎ．Ｈａｒｂｏｒ Ｂｏｕｌｅｖａｒ ｄ Ｆｕｌｌｅｒｔｏｎ，Ｃａｌｉｆｏｒ ｎｉａ 92834−3100 Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)考案者 ダーランド、 ダグラス エイチ アメリカ合衆国 94306 カリフォルニア 州 パロ アルト ジョージア アベニュ ー 663

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータの温度を測定するための放射計を
   有し、この放射計が前記ロータの温度と冷却容器の温度
   とによって影響される遠心器において放射計の補正係数
   を決定する方法であって、 予め冷却したロータを前記遠心器内に配置すること、 前記放射計の温度および前記冷却容器の温度を第１時点
   で測定すること、 前記冷却容器の温度を前記放射計の温度と平衡させ、前
   記放射計の温度および前記冷却容器の温度を第２時点で
   測定すること、 前記冷却容器の前記第１時点の温度と前記第２時点の温
   度との差を算出し、それによって冷却容器の温度偏位を
   定めること、 前記放射計の前記第１時点の温度と前記第２時点の温度
   との差を算出し、それによって放射計の温度偏位を定め
   ること、 前記放射計の温度偏位を前記冷却容器の温度偏位で割る
   ことによって放射計の補正係数を算出することを含む、
   放射計の補正係数を決定する方法。
2. 【請求項２】 前記ロータの温度を決定するためその後
   の放射計の測定において前記補正係数をさらに使用する
   ことを含む、請求項（１）に記載の放射計の補正係数を
   決定する方法。
3. 【請求項３】 請求項（１）によって決定された前記補
   正係数をＵ、算出されるロータの温度をＴ_r、放射計の
   温度をＴ_ra、冷却容器の温度をＴ_cとするとき、 数式Ｔ_r＝Ｔ_ra＋Ｕ(Ｔ_c−Ｔ_ra) を使用して遠心器におけるロータの温度を決定する方
   法。
4. 【請求項４】 ロータの温度を決定するための放射計
   と、周囲の冷却容器とを有する遠心器において前記ロー
   タの温度を算出するための数式で使用する放射計の補正
   係数を決定する方法であって、 予め冷却したロータを前記冷却容器内に配置すること、 前記放射計の温度および前記冷却容器の温度を第１時点
   で測定すること、 前記冷却容器の温度を前記放射計の温度と平衡させ、こ
   れによって前記放射計を第２時点で前記ロータの温度と
   平衡させること、 前記放射計の前記第１時点から前記第２時点への温度偏
   位の、前記冷却容器の前記第１時点から前記第２時点へ
   の温度偏位に対する比を作ることによって補正係数を決
   定することを含む、放射計の補正係数を決定する方法。
5. 【請求項５】 ロータが収容される冷却容器によって前
   記ロータを冷却するとき補正係数を含む数式に基づい
   て、放射計を有する遠心器のために予め冷却したロータ
   の温度を算出するのに使用される放射計の前記補正係数
   を決定する方法であって、 前記放射計の第１の温度および前記冷却容器の第１の温
   度を第１時点で測定すること、 前記放射計の温度を前記冷却容器の温度と平衡させ、前
   記放射計の温度と前記冷却容器の温度とが平衡する時点
   に前記冷却容器の第２の温度と前記放射計の第２の温度
   とを測定すること、 前記冷却容器の前記第１の温度と第２の温度との差を算
   出し、冷却容器の温度偏位を定め、かつ、前記放射計の
   前記第１の温度と第２の温度との差を算出し、放射計の
   温度偏位を定め、この放射計の温度偏位の前記冷却容器
   の温度偏位に対する比を確定し、これによって補正係数
   を定めることを含む、放射計の補正係数を決定する方
   法。