专利名称：一种电容式液面探测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于检验设备技术领域，涉及一种分析仪器中的构件，尤其涉及一种
液面探测装置。
背景技术：
目前，对液体进行处理的应用范围非常广泛。各家医院、血站、疾病控制中心等单 位和医学实验室中经常用到各种分析和检测仪器，如凝血分析仪、生化分析仪、免疫分析 仪、尿液分析仪等，这些仪器在工作时都必须要先进行处理前的取样工作，将所需检验的样 品溶液分配到培养板内。此项工作一般由各种全自动取样、配液系统来完成。全自动取样、 配液系统在进行取样时，由电机驱动取样针头迅速下降，逐步接近被测样本的液面，要求在 接触到样品液面时，能迅速做出判断，取样针自动停止运动，并开始定量地吸取样本，由于 分析仪器所需要的样品量往往非常少，这就要求取样针在接触到样品液面时，必须迅速并 准确地做出判断，从而控制和改变取样针机构的运动。 但到目前为止，此类电容式液面探测装置中，大多数都采用了电荷迁移变化传感 器原理，在液面检测过程中，不断对金属针头与接地仪器底板之间电荷的变化量进行检测， 当针头接触到液面，就会产生电荷迁移变化，然后把这一变化传给模拟/数字转换运算器， 经过计算得出一个量化的值，根据针尖接触到液面时该值最小变化量的比对，再排除由于 环境因素的影响，来判断针尖是否到达液面。这一方法虽然灵敏度高，但由于原始信号经过 模/数转换和量化计算处理等多个环节，使得电路设计复杂，成本过高，而且抗干扰性差， 可靠性不强。

发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电容式液面探测装置，解决现有技 术中的不足，要求具有抗干扰性强、可靠性好、测量精度高、准确性好、响应速度快等优点， 并且制作较简单，成本较低。 本实用新型的技术方案是此电容式液面探测装置，包括上端连接有取样管路的 移液机械臂1、固定在机械臂上的取样针2、取样试管3、取样试管底座4和控制移液机械臂 1运动的机械电路控制系统5，特别的是，取样针2和机械臂1之间电气绝缘不导通，在取 样针的尾部、靠近机械臂的一端固定有接线点6，取样试管底座4的外表面为金属，另外还 包括电容_频率转化电路7，接线点6通过导线10和其相连，用以将输入的电容值的变化 转化为输出频率的变化；波形整形电路8，所述电容-频率转化电路的输出信号是其输入信 号，用于对受扰或发生畸变的波形进行整形，得到规整的输出波形；液面探测判断电路9， 所述波形整形电路的输出信号是其输入信号，用以根据输入波形的频率的变化，判断是否 到达液面，并输出判断信息给机械控制电路系统5。 其中，电容_频率转化电路7包含555电路，所述接线点6通过导线10和其第2 脚相连，555电路的第1脚和取样试管底座4的金属外表面都接地。波形整形电路中可包含施密特触发器，液面探测判断电路可包含单片微处理器。另外，取样针针头外表面覆有憎水 性材料。 本实用新型优点是 1.依靠现代数字处理技术，保证检测结果的准确性，测量精度高，响应速度快，抗 干扰性强； 2.采用技术成熟的电路来实现此装置，价格低廉、性能稳定可靠，嵌入式软件的编 写通用、简单，可降低检测的成本； 3.此装置反应迅速、精确，使取样针头在到达液面时立即停止，同时采用憎水性材
料附在取样针的外表面，有效避免了取样针的携带污染和样本间的交叉污染问题； 4.此装置设有显示灯，当取样针头接触液面时，指示灯亮，方便观察； 5.此装置可根据不同的需要，进行适当的改进，可以装在各种实验室设备或者医
疗机构的检验设备上，用于样本处理前的取样、稀释、加试剂和混合等操作，应用范围广泛。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述

图1为本实用新型的电路控制流程框图； 图2为本实用新型的机构配置结构示意图； 图3为本实用新型的电容-频率转化电路部分的电气原理图； 图4为本实用新型的波形整形电路和液面探测判断电路部分的电气原理图。
其中1移液机械臂；2取样针；3取样试管；4取样试管底座；5机械电路控制系 统；6接线点；7电容-频率转化电路；8波形整形电路；9液面探测判断电路；10导线。
具体实施方式实施例此电容式液面探测装置的电路控制流程框图如图1所示，机构配置结构 示意图如图2所示，此实施例包括上端连接有取样管路的移液机械臂1、固定在机械臂上的 取样针2、取样试管3、取样试管底座4和控制移液机械臂运动的机械电路控制系统5，取样 针2和机械臂1之间保持电气绝缘不导通，在取样针的尾部、靠近机械臂的一端固定有接线 点6，取样试管底座4山金属材料制成，或者外表面涂有金属材料，另外此装置还包括用以 将输入的电容值的变化转化为输出的频率的变化的电容_频率转化电路7，用于对受扰或 发生畸变的输入波形进行整形，输出规整波形的波形整形电路8，用以根据输入波形的频率 的变化，判断是否到达液面，并输出判断信息的液面探测判断电路9。接线点通过导线10和
电容-频率转化电路、波形整形电路、液面探测判断电路和机械电路控制系统依次相连。其 中，取样试管底座4的金属外表面和电容-频率转化电路7的地线相连； 如图3所示，在此实施例中，电容_频率转化电路7包含555电路和若干电阻、电 容，取样针通过接线点上的导线和一个电容串联，然后通过导线连接到555电路的第2脚。 555电路的第6脚和第7脚之间连接有可变电位器用于调节门限值，555电路的第3脚为信 号输出端口 。取样针在机械电路控制系统的控制下，从上往下不断接近被测样本的液面。通 过导线连接电容_频率转化电路的取样针和接地的金属取样试管底座可以等效成一个电 容的两个极板，针头和金属取样试管底座之间的所有物质，包括空气、取样试管都影响着该电容两极之间的电介质的大小。当电介质的值发生变化时，电容的值也发生相应变化。当针 头接触到液面时，此时空气、取样试管和被测样本液体同时影响电介质的值。由于液体的介 电常数和空气的很不同，因而在针头接触到液体的刹那，电容的等效电介质将突然增加，从 而等效电容的值也将突然增大。当跳变的电容连接到由555电路和若干电阻、电容构成的 电容-频率转化电路中时，将得到频率发生跳变的方波输出信号，频率突然变小。由于总存 在不可避免的干扰，会对信号产生影响，使之受扰或发生畸变，因此电容_频率转化电路的 输出信号接入波形整形电路，如图4所示，此实施例采用施密特触发器40106构成的整形电 路，信号由第l脚输入，从第2脚输出得到已整形的规整的方波信号。整形电路的输出信号 输入到液面探测判断电路。此实施例中采用单片微处理器芯片89C2051来实现此液面探测 判断电路，信号从第9脚输入，通过单片微处理器芯片的内部处理和运算，根据输入方波信 号频率的变化判断针头是否已接触到液面。当判断得出针头已接触到液面，则输出信号通 知机械控制电路系统。机械控制电路系统收到信号后，发出指令，立即控制，停止取样针再 向下运动，并按照程序继续进行下一步的吸液操作。另外，单片微处理器芯片89C2051的第 12脚连接一个三极管进行信号放大，然后连接到发光二极管，当针头已接触到液面时，单片 微处理器芯片发送信号，二极管发光显示，方便操作员观察。 上述实施例只为说明本实用新型的构思及特点，其目的在于让本领域技术人员能 够了解本发明的内容并得以实施，并不以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实
质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求一种电容式液面探测装置，包括上端连接有取样管的移液机械臂(1)、固定在机械臂上的取样针(2)、取样试管(3)、取样试管底座(4)和控制移液机械臂运动的机械电路控制系统(5)，其特征在于取样针(2)和机械臂(1)之间电气绝缘，在取样针的尾部、靠近机械臂的一端固定有接线点(6)，取样试管底座(4)的外表面为金属，此装置还包括电容-频率转化电路(7)，所述接线点(6)通过导线和其相连，用以将输入的电容值的变化转化为输出频率的变化；波形整形电路(8)，所述电容-频率转化电路的输出信号是其输入信号，用于对受扰或发生畸变的波形进行整形，得到规整的输出波形；液面探测判断电路(9)，所述波形整形电路的输出信号是其输入信号，用以根据输入波形的频率的变化，判断是否到达液面，并输出判断信息给机械控制电路系统(5)。
2. 根据权利要求l所述的一种电容式液面探测装置，其特征在于所述电容-频率转 化电路包含555电路，所述接线点(6)通过导线(10)和其第2脚相连，555电路的第1脚和 取样试管底座(4)的金属外表面都接地。
3. 根据权利要求1所述的一种电容式液面探测装置，其特征在于所述波形整形电路 中包含施密特触发器。
4. 根据权利要求1所述的一种电容式液面探测装置，其特征在于所述液面探测判断 电路包含单片微处理器。
5. 根据权利要求1所述的一种电容式液面探测装置，其特征在于所述取样针针头外表面覆有憎水性材料。
专利摘要本实用新型公开了一种电容式液面探测装置，包括上端连接有取样管的移液机械臂、固定在机械臂上的取样针、取样试管、取样试管底座和机械电路控制系统，其特征在于，取样针和机械臂之间电气绝缘，在取样针的尾部、靠近机械臂的一端固定有接线点，取样试管底座的外表面为金属，接线点通过导线和电容一频率转化电路、波形整形电路、液面探测判断电路和机械控制电路系统依次相连。本实用新型具有抗干扰性强、可靠性好、测量精度高、准确性好、响应速度快等优点，并且制作较简单，成本较低。
文档编号G01D5/12GK201476844SQ20092018862
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月10日 优先权日2009年8月10日
发明者王志宝 申请人:苏州捷美电子有限公司;王振明