JPS6018460B2 - デジタル温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、温度制御システムに関するものであり、さら
に詳しくは温度感知性監視要素とローターヒーターとを
有する型式の遠心化学処理装置のための温度制御アセン
ブリに関するものである。

本発明の主要な目的は、制御装置がデジタル型で、デジ
タルで規定された所望の温度の非常に近い温度に処理装
置を維持し、比較的容易に入手し得る部品からなり、ま
た作動が安定し、かつ信頼性の高い遠心化学処理アセン
ブリのための新規な、かつ改良された温度制御装置を提
供することにある。本発明の他の目的は、ホィートスト
ンブリツジに接続され、デジタル電圧計へ温度信号を供
給する温度モニター電気感知要素を使用し、感知された
温度所定温度との差に依存して所定の時間だけヒーター
を働かせることによって装置を所定デジタル温度に維持
するための手段を含み、感知された温度が所定温度より
高い場合、またはデジタル電圧計が故障した場合または
感知要素が関路もしくは短絡した場合にヒーターが作動
しないタイプの、化学処理装置のための改良せられたデ
ジタル温度制御アセンブリを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、処理装置がキーボ‐ド‘こ
よってシステムに入力された所定デジタル温度近くに維
持され、該処理装置の実測温度と前記所定温度との差に
依存するデューテイサィクルによって、処理装置の温度
を昇温するヒーターを作動させる化学処理装置のための
改良せられたデジタル温度制御アセンブリを提供するこ
とにある。本発明のさらに他の目的は、処理装置の実測
温度のデジタル論取りと、キーボー日こよってアセンブ
リへ入力された所定温度への自動調節機能とを有し、か
つ該アセンブリの一部分が故障したとき、または処理装
置の温度がその作業温度範囲を越えたとき調節を停止す
るための手段を有し、処理装置の実際のデジタル温度と
入力された所望の温度との差に依存するデューテイサイ
クル調節信号を発生するためのコンピューターを利用し
、該デューティサィクル調節信号は処理装置のヒーター
を作動するために使用され、比較的簡単な部品を使用し
ながら作業の異常を迅速に感知し、ヒーターの作動を停
止するため異常に対して迅速に応答するアセンブリを設
けた、化学処理装置のための改良されデジタル温度制御
アセンブリを提供することにある。

本発明の他の目的ならびに利点は、下記の詳細な説明、
特許請求の範囲ならびに添付の図面から明らかとなろう
。

図面において第１図は、本発明に係る温度制御システム
のブロック図であり、第２図は、第１図に示したシステ
ムの温度オーバーおよび故障検知段階を示す概略ブロッ
ク図である。

第３図は、第１図に示したシステムのデューティサィク
ル調節段階を示す概略ブロック図であり、第４図は、第
図のデューティサィクル調節段階から得られる種々の代
表的なヒーターデュ−ティサィクル制御信号を示すグラ
フである。第５図はデジタル電圧計のデジタル指示パネ
ルへ接続したデジタル電圧計の端子を示す図であり、第
１図に示すシステムの他の部分に対する接続状態を示す
。本発明の重要な特徴は、遠心化学処理装置における特
定の試験条件（分析中に含まれる試薬および試料の物理
的ならびに化学的特性を含む）によって決定される適切
にプログラムされたコンピューター函数を使用し、実測
温度が所望の温度と異なるとき試験城に所望の温度が設
定される昇温途度を規正し、それによって試薬または試
料が熱入力に対し過度に速く曝されることによって生じ
る温度の急上昇もしくは妨害効果を回避し、さらに遠心
処理される試薬と試料の過剰な温度サイクルを回避しよ
うとする着想にある。

すなわち本発明は、昇温速度を試験城における実測温度
と所望の温度との温度差の好適にプログラムされた函数
とし、該速度に従って所望の温度を達成することを目的
とするものであり、この函数は使用する試薬および試料
の物理的ならびに化学的特性および、予期される物理的
要因に応じてプログラム可能である。

図面において１１は、概略的にアメリカン、イソスッル
メソト社（シルバースプリング、メリーランド）製造の
ロトケムと同型式の遠心化学処理装置を示す。

この装置は、その内部で化学反応が行われ、該反応は特
定の温度で生起し、かつ分析が特定の波長で行われるの
を光学的に観察する回転担体を使用している。従って、
回転する反応容器の温度を制御するための正確かつ信頼
し得る手段を設けることが極めて重要である。この目的
のために、ヒーターが第１図において１２として回転部
村に設けられ、サーミスター１３のような温度検知要素
が温度を検知するために用いられる。協力する接触ブラ
シおよびスリップリングのような好適な回転接続手段が
、要素１２および１３をそれ等と協力する外部の回路へ
接続するために設けられている。サーミスター１３は、
そのブラシおよびスリップリング接続手段１５を通して
、温度ホィートストンブリッシ１４のアームを構成する
ように接続されている。

温度補正ヒーター１２は、そのブラシおよびスリップリ
ング接続手段１６、ソリツドステートリレ一１８を介し
て好適な電流供給源１７へ薮続され、以下に記載する態
様に従ってリレー１８が導電性となるように励起される
。ブリッジ１４の出力は、１９においてアナログ・デバ
ィシス社（マサチューセッツ州、ノアウッド、インダス
トリアルパーク、ルート１）製造のモデルＡＤ２００６
と同様の市販のデジタル電圧計２０の入力へ接続されて
いる。

このデジタル電圧計は、実際のローター温度ＴＡのデジ
タル論取りを与えるデジタル講取りパネル２１（第５図
参照）を有し、かつ該デジタル電圧計の入力における不
正信号極性、オーバーレンジデータ、オーバーロード、
または他の異常状態を指示するデータのような発生可能
な他の操作データならびに該読取りを発生する２進デー
タへのアクセスを提供する端子２２を有している。化学
処理装置内の温度は、例えば４０００のように一定の上
限を有する所定の温度範囲内に維持されねばならない。
範囲内の２進温度データは、出力チャンネル２４を構成
する第５図に示すワイヤ一２３を対応する該端子列に接
続することによって端子列２２において得られる。異常
状態データ（禁止信号）は、出力チャンネル２６を構成
するワイヤ一２５を対応する端子列の端子に接続するこ
とにり端子列２２に得られる。範囲内の所望のデジタル
温度ＴＤは、キーボードで操作される装置２７によって
選択され、この所望の数値温度Ｔ。に対応する２進信号
は、第１図に示すように出力チャンネル２８を構成する
ワイヤ一により送られる。チャンネル２４におけるＴ＾
（実温度）２進信号データとチャンネル２８におけるＴ
ｏ（所望温度）２進信号データとは、所望温度Ｔｏと実
測温度Ｔ＾との差、従って好適なデジタルヒータデュー
ティサィクル制御函数（Ｔｏ−Ｔ＾）を規定する２進デ
ータを誘導するようにプログラムされたコンピューター
２９へ給供され、この２進データは、コンピューター出
力チャンネル３１を構成するワイヤ一３０（第３図）に
よってコンピューター２９の出力から供給される。

コンピューター出力函数〆（Ｔｏ−ＴＡ）は、第３図に
示すように２進形で第３図のデューティサイクル調節器
３２へ供給される。

調節器３２は、固定割算器３４と共働する励振発振器３
３を含んでいる普通の低周波マルチバイブレーター回路
と、基準パルス３６（第４図）の分数的デジタル倍数で
ある所定の幅を持つた出力パルス３７（第４図参照）を
生成する、２進信号で制御されるプログラム可能な分周
器セクション３５によって構成されている。固定割算器
３４は、周波数分割分母を決定し、かつおのおののパル
スサイクルのためのＩＪセット作用を提供する。この例
において、分母は１５（最大２進カウント８十４十２十
１）であり、プログラム可能な分周器セクション３５は
、２進入力函数ナ（ＴＤ−Ｔ＾）に従ってパルスセグメ
ント倍数を選択する。

例えば、ナ（Ｔｏ−Ｔ＾）が数字“２”（入力ワイヤ‐
３川こよって与えられる２進信号００１０）を表わすと
仮定すると、３８における分間器出力パルスは基準パル
ス３６の２／１５の幅、即ち基準パルスの１３．３％の
幅を保有することになる。

これは１３．３％のデューティサィクルを表す制御パル
スを３８において供給する。デューテイサイクルバルス
の幅は、それ故、函数〆（Ｔｏ一Ｔ＾）の種々のデジタ
ル値に応じて基準パルス幅３６の１／１５のデジタル倍
数となるであろう。ＴｏとＴ＾とが等しいときは、「（
Ｔｏ−Ｔ＾）は零となり第４図に３９で示すように零の
デューティサィクルを供給する。３８におけるデユーテ
イサイクルパルスはナ（Ｔ。

−Ｔ＾）に応じて各サイクルのオンタィムの間ソリッド
ステートリレ‐１８をオンに転ずるために使用される。
該デューティサイクルバルスは、第２図に詳細に示すよ
うに温度オーバーならびに故障指示段階４０を経てリレ
ー１８のゲート電極へ供給される。第２図に示すように
、デューティサィクル信号はワイヤ‐３８によって２入
力ＡＮＤゲート４１の一方の入力へ印加される。

ＡＮＤゲート４１がその他方の入力４２において“１”
の信号を受け取ると、該ゲ−トはデューティサイクルの
“ＯＮ”期間伝導する。

ゲート４１の出力は、ワイヤ一４３とソリツドステート
リレ‐１８のゲート電極との間に接続されたスイッチト
ランジスタ４４のベースへ接続される。リレー４８はそ
れ故デユーテイサイクルが“ＯＮ”の間オンへ転じられ
、この間、ヒーター１２を作動せしめる。

４２における信号“１”はインバータ４６を経由する２
入力ＯＲゲート４５の“０”出力から形成される。

ライン４７は、多入力ＡＮＤゲート４９の出力ラインで
ある。Ｔ＾温度２進データワイヤ一２３はインバーター
５０を通ってＡＮＤゲート４９のおのおのの入力へ接続
される。正常の２進温度データ信号（少なくとも一個の
“１”の信号をむ）がワイヤ一２３によってＡＮＤゲー
ト４９へ供給されるとき、該ゲートはライン４７へ可能
化“０”信号を供給する。入力２進温度データ信号がな
い場合、即ち総ての信号が“０”の場合には、該ゲート
は禁止信号“１”をライン４７へ供給する。４７におけ
る禁止信号“１”は、ライン４２へ禁止“０”信号を形
成せしめ、トランジスタ４４はオンへ転じない。

もしあれば禁止信号（誤極性、範囲超過等）はライン２
５を経て多入力ＯＲゲート５１の入力へ印加される。

斯くして入力ワイヤ一２５のどれかに禁止信号“１”が
存在すれば、該信号はゲート出力ライン４８禁止信号“
１”を発生させる。これはＡＮＤゲート入力４２へ禁止
“０”信号を発生せしめ、トランジスタ４４がオンへ転
ずること防止する。通常、ライン４７と４８はともに可
能化“０”信号を送り、ライン４２上に可能化“１”信
号を発生させ、ＡＮＤゲート４１がデューティサィクル
信号をライン３８からスイッチトランジスタ４４へ伝送
することを許容する。

ライン４７もし〈は４８の何れか一方に禁止信号“１”
が存在する場合には、ライン４２は禁止信号“０”を受
信し、ソリッドステートリレ‐１８がオンへ転ずるのを
防止するであろう。斯くして、もしサーミスタ−１３が
開路もしくは短絡し、あるいは他のコンポ−ネント故障
に起因する他の異常状態がこのシステム内に存在すれば
、それから生ずる２進データがヒーター１２の以後の作
動を防止し、それによってシステムあるいは分析される
材料の熱損傷を防止する。

デジタル電圧計２０と温度ホィートストンプリッジ１４
は、参照電圧の変化が電圧計の読みに影響を与えないよ
うに、望ましくは同じ参照電圧を使用する。

ホイートストンブリッジは、所定の温度城にわたるディ
スプレーを容易にする目的で好ましくは、ボルトで表し
た該ブリッジの出力が１／１００℃と等しくなるように
設計される。

コンピューター２９は、市販のプログラム可能な型式の
ものであって、時間に対する実溢度のデジタルプリント
アウトが得られるような適切なプリンター手段を含むこ
とができる。

デジタルキーボード装置２７は、操作者にキーボード指
令によって所望の温度ＴＤを変えることを許容する。

デジタル電圧計のデジタルリードアウトパネル２１は、
反応城における実温度Ｔ＾の連続的なデジタルディスプ
レーを与え、それによって操作者が化学テストの期間中
、温度を監視し得るようにする。代表的な具体例では、
設定温度城は２０ｑ０なし、し４０００であり、０．１
℃まで読取ることができる。コンピューター２９は、温
度の超過、熱入力に対する試薬または試料の過度に急激
な暴露による妨害効果、試験に使用される成分の過剰の
温度サイクルを回避するような態様でヒーター１２のデ
ューティサイクルを制御するように、使用される試薬と
試料の物理的ならびに化学的特性、および予期される試
験物理的条件に応じて好適にプログラムされる。

コンピューター２９のプログラムは容易に変更すること
ができるので、本装置は極めて広範囲の物理的ならびに
化学的特性を持つ材料の試験に良好に使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面において第１図は、本発明に係る温度制御システム
のブロック図であり、第２図は、第１図に示したシステ
ムの温度オーバー段階および故障検知段階を示すブロッ
ク図である。 第３図は、第１図に示したシステムのデューティサィク
ル調節段階を示すブロック図であり、第４図は、第３図
のデューティサィクル調節段階から得られる種々の代表
的なヒーターデューティサィクル制御信号を示すグラフ
である。第５図は、デジタル電圧計のデジタル指示パネ
ルへ接続したデジタル電圧計の端子部分を示す図であり
、第１図に示すシステムの他の部分に対する接続状態を
示す。１１は遠心化学処理装置、１２はヒーター、１３
はサーミスター、１４はホイートストンプリツジ、１７
は電流供聯合源、１８はソリッドステートリレ一、２７
はデジタルキーボード装置、２９はコンピューター、３
５は分閥器セクション、４１はＡＮＤゲート、４４はト
ランジスタ、４６はインバーター、４９は多入力ＡＮＤ
ゲート、５０はインバーター、５１は多入力ＯＲゲート
である。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒーター手段、電源、該電源を該ヒーター手段へ接
   続するリレー装置を含む回路手段、実温度に対応する信
   号を発生する装置内の温度センサーを含んでいる温度検
   知手段、所望の温度に対応する指令信号を発生する温度
   指令手段、該検知手段と該指令手段との間に接続されか
   つ所望温度と実温度との差のプログラム可能な関数であ
   る制御信号を発生するプログラム可能なコンピユーター
   手段、該制御信号に応答して前記ヒーター手段へのパワ
   ーの供給を制御しかつ該パワー供給を前記プログラムさ
   れた関数に従つて変調するように前記リレー装置を作動
   する手段、および前記温度検知手段へ接続されかつ前記
   実温度に対応する出力信号を発生する手段を有する温度
   指示手段を備え、前記コンピユーター手段は前記温度指
   示手段の出力と前記温度指令手段との間に接続され、前
   記温度指示手段はデジタル電圧計よりなり、かつ前記実
   温度に対応する出力信号および前記指令信号は２進形で
   あり、前記デジタル電圧計は前記２進実温度信号を供給
   するための端子手段とかつ装置の異常状態を表す追加信
   号を供給する手段とを含み、前記リレー装置を作動する
   手段は前記追加信号のどれかの存在に応答して、または
   前記実温度信号の不存在に応答して前記リレー装置の作
   動を禁止する手段を備えていることを特徴とする温度制
   御手段を含んでいる化学的処理装置。 ２ 前記リレー装置の作動を禁止する手段は、あらかじ
   め定めた限界値より高い値に相当する実温度信号に応答
   して前記リレー装置の作動を禁止するようになつている
   第１項の化学的処理装置。 ３ 前記リレー装置の作動を禁止する手段は、前記追加
   信号を受信する第１のＯＲゲート、その入力にそれぞれ
   のインバータを備えかつ前記２進実温度信号を受信する
   第１のＡＮＤゲート、前記第１のＯＲゲートおよび前記
   第１のＡＮＤゲートの出力を受信しかつその出力にイン
   バータを備えた第２のＯＲゲート、前記コンピユーター
   手段へ接続されたデユーテイサイクル調節器の出力と前
   記第２のＯＲゲートの反転された出力とを受信する第２
   のＡＮＤゲート、および該第２のＡＮＤゲートの出力を
   前記リレー装置へ作動的に接続する回路手段とよりなる
   第１項の化学的処理装置。 ４ 前記リレー装置はソリツドステートリレーよりなり
   、前記第２のＡＮＤゲートの出力を前記リレー装置へ作
   動的に接続する回路手段は前記第２のＡＮＤゲートの出
   力と前記ソリツドステートリレーのゲート電極との間に
   接続されたスイツチトランジスタである第３項の化学的
   処理装置。 ５ 前記化学的処理装置は処理容品を含んでいるロータ
   と、該ロータに取り付けた前記ヒータ手段および前記温
   度センサーを有する遠心機タイプの装置である第３項の
   化学処理装置。 ６ 前記温度センサーはサーミスターであり、前記温度
   検知手段はホイートストンブリツジであり、該サーミス
   ターは該ブリツジのアームとなつている第５項の化学的
   処理装置。