DE102010049488B4 - Verfahren zum Testen eines Laborgeräts und entsprechend ausgestattetes Laborgerät - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Testen eines Laborgeräts (100), das – eine elektronische Schaltung (2; 2.1, 2.2) zum Detektieren eines Flüssigkeitsniveaus in einem Flüssigkeitsbehälter (5) und – einen zustellbaren Fühler (3) umfasst, der mit einer Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2) verbunden ist, wobei der Fühler (3) in Richtung der Flüssigkeit (1) im Flüssigkeitsbehälter (5) zustellbar ist und der Fühler (3) beim Eintauchen in die Flüssigkeit (1) auf der Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2) eine Kapazitätsänderung hervorruft, die in der Schaltung (2; 2.1, 2.2) ein Ausgangssignal auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte zum Testen des Laborgeräts (100) ausgeführt werden: a. Verbinden einer Referenzschaltung (20; 20.1) mit der Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2), wobei die Referenzschaltung (20; 20.1) eine effektive Kapazität auf der Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2) vorgibt, b. Auslösen des Tests durch das Anlegen des Anlegen eines Steuersignals (S1; S1.1, S1.n; S1.m) an die Referenzschaltung (20; 20.1), wobei das Steuersignal (S1; S1.1, S1.n; S1.m) durch einen Schaltvorgang eine Vergrößerung der effektiven Kapazität bewirkt, c. Verarbeiten der entsprechenden Kapazitätsänderung durch die Schaltung (2; 2.1, 2.2) und Auslösen eines Ausgangssignals (s(t); sn(t), sm(t)), d. Auswerten dieses Ausgangssignals (s(t); sn(t), sm(t)), um eine Aussage über die Funktion der Schaltung (2; 2.1, 2.2) zu ermöglichen.

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren zum Testen eines Laborgeräts und ein entsprechend ausgestattetes Laborgerät. Insbesondere geht es um Laborgeräte und das Testen von Laborgeräten, die zum Detektieren eines Flüssigkeitsniveaus in einem Flüssigkeitsbehälter ausgelegt sind.
• Hintergrund der Erfindung
• Es gibt zahlreiche Laborsysteme und medizinische, sowie pharmazeutische Geräte, bei denen es wichtig ist den Füllstand in Reagenzgläsern, Titerplatten oder dergleichen zu ermitteln. Besonders wenn es um die Automation von Mess- oder Versuchsabläufen geht, ist eine solche Füllstandsermittlung von Bedeutung. Die Füllstandsermittlung erfolgt typischerweise mittels einer Detektion des Flüssigkeitsniveaus, d. h. es wird die Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit ermittelt. Dieser Vorgang wird auch als Liquid Level Detektion (LLD) bezeichnet.
• In den letzten Jahren wurden die Laborgeräte immer genauer und komplexer. Der Trend geht in Richtung hoher Integration und Automation. Dies führt zu einer hohen räumlichen Verdichtung der einzelnen Komponenten. Diese Verdichtung bringt nicht nur mechanische und andere bauliche Probleme mit sich, sondern auch die Genauigkeit der elektronischen Auswertbarkeit, das sich gegenseitig Beeinflussen benachbarter Messkanäle und andere Aspekte können zu Problemen führen.
• Das Detektieren des Flüssigkeitsniveaus wird typischerweise auf kapazitivem Weg gemacht, wie anhand von 1 schematisch gezeigt. 1 zeigt den Aufbau eines bekannten Laborgeräts 100, das zum Detektieren eines Flüssigkeitsniveaus ausgelegt ist. Die Anwesenheit einer Flüssigkeit 1 oder die Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit 1 wird z. B. durch das Beobachten einer Kapazitätsänderung C_tip/liq detektiert, indem eine elektronische Schaltung 2 die effektive Kapazität zwischen einem Fühler, z. B. in Form einer Pipettenspitze 3, und einer geerdeten Grundplatte 4 misst. Das vorbekannte Laborgerät 100 kann weiterhin eine Schaltung zur Signalverarbeitung umfassen, die hier durch ein Schaltungselement 8 angedeutet ist.
• Die Funktionsweise der Schaltung 2 kann je nach Kapazitäts-Messmethode unterschiedlich sein. Z. B. kann durch die Schaltung 2 eine Anregung mit einem Sinussignal erfolgen, um dann mit der Schaltung 2 die Phasenverschiebung zu messen, welche die Grösse der Kapazität widerspiegelt. Es ist auch möglich eine Kapazität über einen Widerstand aufzuladen und dann eine direkte Entladung der Kapazität über einen Transistor, z. B. einen FET-Transistor, vorzunehmen.
• Ein weiteres Kapazitäts-Messverfahren wäre die Bildung eines Schwingkreises, der aus einer Spule und der Messkapazität besteht, und bei dem die Resonanzfrequenz ausgewertet wird, die sich mit Vergrösserung der Kapazität verringert. Die effektive Kapazität, die sich je nach Laborgerät ergibt aus den Streukapazitäten, elektrischen Einkopplungen durch den Fühler oder die Pipettenspitze 3, der Leitfähigkeit der Flüssigkeit 1 und dem Übersprechen zwischen benachbarten Messkanälen (in 1 Next Tip genannt), ist sehr klein und liegt typischerweise im Bereich von wenigen Picofarad (pF). Die Kapazitätsänderung C_tip/liq hingegen, die sich beim Eintauchen in die Flüssigkeit ergibt, ist ca. um einen Faktor 100 bis 1000 kleiner.
• Für das Detektieren des Flüssigkeitsniveaus werden typischerweise dedizierte Schaltungen 2 eingesetzt, die sehr fein abgestimmt sein müssen, um anhand der sehr kleinen Kapazitätsänderung C_tip/liq eine genaue Aussage über das Erreichen eines Flüssigkeitsniveaus zuzulassen. Die entsprechenden Schaltungen 2 werden typischerweise nach der Herstellung getestet und, falls notwendig, kalibriert. Später im Einsatz eines Laborgerätes 100 ist der Testaufwand groß und erfordert die Verwendung spezieller Testgeräte.
• Problematisch ist auch, dass die zu messende Kapazitätsänderung C_tip/liq im gemessenen Ausgangssignal nur schwierig zu erkennen ist, da sich hier z. B. Streukapazitäten, wie C_tip/tip, die durch Übersprechen von benachbarten Kanälen stammen, und Kapazitätsänderungen aufgrund sich bewegender elektrischer Zuleitungen usw. überlagern.
• Aus dem Dokument DE 101 53 298 A1 ist ein Verfahren zum Erfassen einer Kapazitätsänderung einer kapazitiven Schaltung oder eines kapazitiven Bauelements bekannt. Es wird ein Sendeimpuls erzeugt, der an die Schaltung oder an das Bauelement angelegt wird. Ein Stromimpuls, der dadurch ausgelöst wird, wird innerhalb eines Erfassungszeitfensters erfasst. Die Lösung gemäss DE 101 53 298 A1 kann z. B. zur kapazitiven Füllstandsmessung eingesetzt werden, wobei die Vorgabe eines geeignet grossen Erfassungszeitfensters es ermöglicht Störeinflüsse zu verhindern.
• Aus dem Dokument EP 0 658 748 A2 ist ein Niveaudetektor bekannt, der eine erste Ladeschaltung mit einem Sensor umfasst, der zur Flüssigkeitsdetektion eingesetzt werden kann. Das Aufladverhalten des Sensors ändert sich mit einer Rate, die vom Flüssigkeitsniveau abhängt. Eine zweite Ladeschaltung arbeitet unabhängig vom Flüssigkeitsniveau. Eine Kontrollschaltung vergleicht die Laderate beider Schaltungen. Falls die Flüssigkeit ein bestimmtes Niveau übersteigt, kann die Kontrollschaltung einen Alarm auslösen.
• Das Dokument US 5,121,632 A beschreibt einen Sensor, der eine Selbstdiagnose-Routine umfasst, die einen Sensor mit einem Komparator verbindet, der die Spannung an dem Sensor mittels einer Versorgungsspannung vergleicht. Unter normalen Bedingungen wird die veränderliche Kapazität des Sensors bis zur Versorgungsspannung aufgeladen. Falls der Sensor kurzgeschlossen sein sollte, wird die veränderliche Kapazität nicht aufgeladen. Der Komparator zeigt dann einen Fehler des Sensors an.
• Das Dokument US 4,224,606 A beschreibt eine Schaltung zum Ermitteln eines Flüssigkeitsniveaus. Es kommt in dieser Schaltung ein FET-Transistor zum Einsatz, über den eine Kapazität entladen wird, um dann einen Alarm auszulösen.
• Das Dokument CN 101004424 A beschreibt eine Schaltung zum Erkennen der Blockade einer Probennadel in einem biochemischen Analysegerät. Die Probennadel hat eine sich verändernde Kapazität und sie wird zum Erkennen der Blockade mit einer Detektionsschaltung verbunden. Die Detektionsschaltung umfasst eine Vergleicherschaltung.
• Es stellt sich daher die Aufgabe ein Verfahren zum Detektieren eines Flüssigkeitsniveaus und ein entsprechendes Laborgerät bereitzustellen, das jederzeit ein einfaches und problemloses Testen der Detektionsschaltung(en) und/oder anderer Elemente des Laborgeräts ermöglicht.
• Das Verfahren, respektive das Laborgerät soll vorzugsweise so ausgelegt sein, dass ein Selbsttest möglich ist, der vorzugsweise keine manuelle oder mechanische Intervention erfordert.
• Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, das eine Detektion eines Flüssigkeitsniveaus simuliert. Für diese Simulation wird eine entsprechende Referenzschaltung eingesetzt, die Bestandteil des Laborgeräts ist.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aus. Das erfindungsgemäße Gerät zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 aus. Ein Verfahren zum Klassifizieren einer zu detektierenden Flüssigkeit in einem erfindungsgemäßen Laborgerät zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 14 aus.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Simulation bei jedem Hochfahren oder Anschalten des Laborgeräts und/oder vor jedem Einsatz des Laborgeräts.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Referenzschaltung so ausgelegt, dass sie auch in der Lage ist Übersprechen zwischen mehreren Kanälen zu erkennen und/oder falsch angeschlossene oder defekte Kabelverbindungen zu erkennen.
• Das erfindungsgemäße Laborgerät bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wird nun an Hand von schematischen, den Umfang der Erfindung nicht beschränkenden Zeichnungen von beispielhaften Ausführungsformen im Detail erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine schematische Seitenansicht eines Laborgeräts gemäß Stand der Technik, an das eine erfindungsgemäße Schaltung angeschlossen werden kann;
• 2 eine Ersatzschaltung des Laborgeräts nach 1;
• 3 eine schematische Blockansicht eines ersten Laborgeräts gemäß Erfindung, das eine erste erfindungsgemäße Referenzschaltung umfasst;
• 4A eine schematische Ansicht eines ersten beispielhaften Steuersignals gemäß Erfindung;
• 4B eine schematische Ansicht eines zweiten beispielhaften Steuersignals gemäß Erfindung;
• 5 eine schematische Blockansicht einer zweiten Referenzschaltung gemäß Erfindung;
• 6A eine schematische Ansicht eines weiteren beispielhaften Steuersignals gemäß Erfindung;
• 6B eine schematische Ansicht eines analogen Ausgangssignals eines ersten Kanals;
• 7A eine schematische Blockansicht eines weiteren Laborgeräts gemäß Erfindung, das mehrere Kanäle und zentrale erfindungsgemäße Schaltungen umfasst;
• 7B eine schematische Blockansicht eines weiteren Laborgeräts gemäß Erfindung, das mehrere Kanäle und eine zentrale erfindungsgemäße Schaltung umfasst;
• 8A eine schematische Ansicht eines weiteren beispielhaften Steuersignals, das gemäß Erfindung an den ungeradzahligen Kanälen angelegt wird;
• 8B eine schematische Ansicht eines weiteren beispielhaften Steuersignals, das gemäß Erfindung an den geradzahligen Kanälen angelegt wird;
• 9A eine schematische Ansicht eines beispielhaften analogen Ausgangssignals der ungeradzahligen Kanäle;
• 9B eine schematische Ansicht eines beispielhaften analogen Ausgangssignals der geradzahligen Kanäle,
• 10 eine schematische Blockansicht eines Teils einer weiteren Referenzschaltung gemäß Erfindung;
• 11 ein Ausführungsbeispiel einer gesamten Messschaltung mit Referenzschaltung, gemäß Erfindung.
• Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei es sich um beispielhafte Ausführungsformen handelt. Diese umfassen sowohl verschiedene Ausbildungen der Gesamterfindung, als auch Baugruppen und Einzelteile der Erfindung. Grundsätzlich lassen sich die beschriebenen Baugruppen und Einzelteile der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombinieren, respektive die Baugruppen und Einzelteile einzelner Ausführungsformen lassen sich durch die Baugruppen und Einzelteile anderer Ausführungsformen ersetzen. Die hierbei gebildeten Kombinationen können kleinere, jedem Fachmann geläufige und daher nicht weiter beschriebene Anpassungen bedingen, zum Beispiel um ein Zusammenwirken oder Ineinandergreifen der Baugruppen und Einzelteile zu ermöglichen.
• Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist verschiedentlich von Laborgeräten 100 die Rede. Es handelt sich um Geräte, Systeme, Anlagen, Handhabungszentren und dergleichen, die mit Mitteln zu Füllstandsermittlung ausgestattet sind.
• Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist verschiedentlich von einer Reihenschaltung von Kondensatoren die Rede. Es ist bekannt, dass durch Kondensatoren nur Wechselströme oder Lade- bzw. Entladeströme fließen können. Eine Reihenschaltung bewirkt eine Kapazitätsverringerung, vergleichbar mit einer Vergrößerung des Plattenabstands bei gleicher Plattenfläche. Wird z. B. ein Kondensator der Reihenschaltung kurzgeschlossen, so vergrößert sich die Gesamtkapazität der Reihenschaltung. Daher kommt es analog beim Berühren oder Eintauchen des Fühlers 3 in eine Flüssigkeit 1 (siehe 1) zu einer Erhöhung der effektiven Kapazität, da der Kondensator C_tip/liq im Moment des Eintauchens im Ersatzschaltbild (2) größer oder gar – bei hoher Leitfähigkeit der Flüssigkeit 1 – kurzgeschlossen wird. Die Gesamtkapazität steigt beim Berühren oder Eintauchen des Fühlers 3 in die Flüssigkeit 1 um einen sehr kleinen Wert C_tip/liq.
• Solange die Streukapazitäten unverändert bleiben, gilt für die Kapazitätsänderung C_tip/liq folgende Beziehung:

  

  wobei C_tip/liq-in für die Kapazität C_tip/liq bei in die Flüssigkeit eingetauchtem Fühler 3 und C_tip/liq-out für die Kapazität C_tip/liq bei nicht eingetauchtem Fühler 3 stehen. C_coupl steht für den Kopplungskondensator. Es handelt sich um die Kapazität zwischen einer gut bis schlecht leitenden Flüssigkeit 1 und der Grundplatte 4. C_meas stellt die eigentliche Kapazitätsänderung dar, die beim Eintauchen des Fühlers 3 in die Flüssigkeit 1 zu messen ist.
• Oder mit der Kapazitätsänderung ΔC_tip/liq = C_tip/liq-in – C_tip/liq-out ausgedrückt:

  
• Die Bauteile oder Ersatzschaltelemente in den 1 und 2 haben die folgende Bedeutung. C_tip/liq beschreibt die Kapazität zwischen dem Fühler 3 und der Flüssigkeit 1. C_coupl ist die Streukapazität zwischen der Flüssigkeit 1 in dem Flüssigkeitsbehälter 5 und der Grundplatte 4. C_meas stellt, wie bereits erwähnt, die eigentliche Kapazitätsänderung dar, die beim Eintauchen des Fühlers 3 in die Flüssigkeit 1 zu messen ist. C_tip/tip beschreibt die Streukapazität zwischen benachbarten Fühlern 3, falls das Laborgerät 100 mehr als nur einen Messkanal (siehe zum Beispiel die Kanäle 10.1 und 10.2 in 7) hat.
• Bei der elektronischen Schaltung 2, die hier beispielhaft durch einen Verstärker 7, ein Schaltungselement 8 und durch das Symbol LLD/LAC bezeichnet ist, kann es sich um eine bekannte Schaltung zur Liquid Level Detektion (LLD) und/oder zum Liquid Arrival Check (LAC) handeln. Die Zustellbewegung des Fühlers 3 ist hier mit B bezeichnet. Die Ersatzschaltung in 2 zeigt zusätzlich zu den bereits beschriebenen Elementen die Widerstände R_liq und R_tip. R_liq ist der Ersatzwiderstand der Flüssigkeit 1 und R_tip ist der Ersatzwiderstand des Fühlers 3. Z_tot (nicht in 2 gezeigt) stellt die Gesamtimpedanz und Z_q stellt die Impedanz der Spannungsquelle U_q dar.
• In 11 ist ein Ausführungsbeispiel einer gesamten Messschaltung mit Referenzschaltung 20 gezeigt. Die Funktion dieser Messschaltung wird im Folgenden beschrieben. Bei der vorliegenden Erfindung ist die reguläre Füllstands-Messmethode der Messschaltung so gewählt, dass man eine Referenzkapazität, die sich aus zwei oder mehr Kapazitäten (z. B. C1 und C2 in 3 oder 11) der Referenzschaltung 20, der Kapazität (wobei sich C_circuit zusammensetzt aus allen weiteren Kapazitäten wie C_tip/liq, C_coupl, C_{tip/worktable}, C_tip/tip, C_filter, C_cable, usw), und mindestens einem Schaltelement (z. B. S in 3) zusammensetzt, für eine bestimmte Zeit kurzschliessen und anschliessend über einen bestimmten Widerstandswert R aufladen kann. Ein Komparator 8 schaltet dann bei einer gewissen Schwelle durch. An seinem Ausgang 8.1 liegt somit ein PWM-Signal (PWM bedeutet Pulsweitenmodulation) an, welches anschliessend durch eine Signalauswertungsschaltung 9 gefiltert und verstärkt wird. Die Taktfrequenz fh (z. B. zwischen 100 und 1000 kHz, Ein:Aus = 1:4), mit der die genannten Kapazitäten aufgeladen und kurzgeschlossen werden, kann somit herausgefiltert werden, so dass ausgangsseitig ein niederfrequenteres Analogsignal vorliegt, welches die Grösse der Kapazität widerspiegelt. S2 wird dauernd (auch wenn ein Test mit der Referenzschaltung 20 aktiv ist) mit einer hohen Frequenz fh (z. B. zwischen 100 und 1000 kHz, Ein:Aus = 1:4) angesteuert. S wird nur aktiviert, wenn ein Test über die Referenzschaltung 20 erfolgen soll, und wird mit einer wesentlich tieferen Frequenz ft angesteuert (z. B. zwischen 1 und 40 Hz, Ein:Aus = 1:3, oder als Einzelpuls).
• Bei 1 stellt das Verstärkersymbol 7 das Schaltelement (z. B. S in 3) und den Ladewiderstand R dar und das Schaltelement 8 den Komparator, sowie die Signalauswertungsschaltung.
• In 2 hingegen hat Verstärker 7 eine andere Funktion: hier handelt es sich um einen Spannungsfolger oder Verstärker mit Verstärkung 1, der eine Abschirmung eines Coax-Kabels (das vom Fühler 3 kommt) niederohmig auf dem gleichen Signalniveau hält wie das Messsignal am Eingang 6 des Komparators 8. Der Fachausdruck dafür heisst Aktivschirm (active shield). Dadurch wird die Kapazität des Coax-Kabels, welches den Fühler 3 mit der Signalverarbeitung verbindet (ca. 120 cm Länge) nahezu 0 pF, d. h. man erhält mehr Nutzsignal, da die relative Kapazitätsänderung beim Eintauchen in die Flüssigkeit 1 grösser wird. Das Schaltungselement 8 hat in den 1 und 2 die gleiche Funktion, nämlich die der Signalauswertung, mit dem Unterschied, dass in 2 das Prinzip der Phasenverschiebungsmessung angedeutet wird, dargestellt durch die Sinusquelle U_q.
• In 3 ist ein erstes erfindungsgemäßes Laborgerät 100 in stark schematisierter Form dargestellt. Das Laborgerät 100 umfasst eine (konventionelle) elektronische Schaltung 2 zum Detektieren des Flüssigkeitsniveaus in einem Flüssigkeitsbehälter 5. In Schaltung 2 enthalten ist die ganze Messschaltung, d. h. im vorliegenden Fall eine Schaltung zur Entladung der Kapazität und auch die Signalauswertung bestehend aus Komparator 8, Filter und Verstärker. Außerdem umfasst das Laborgerät 100 einen zustellbaren Fühler 3, der elektrisch über ein Coax-Kabel mit einer Eingangsseite 6 der Schaltung 2 verbunden ist. Die Bewegungsvorrichtung, die es ermöglicht den Fühler 3 in Richtung der Flüssigkeit 1 im Flüssigkeitsbehälter 5 zuzustellen, ist nicht gezeigt, aber die Zustellbewegung wird durch den abwärtszeigenden Pfeil B symbolisiert. Beim Eintauchen des Fühlers 3 in die Flüssigkeit 1 wird auf der Eingangsseite 6 der elektronischen Schaltung 2 eine kleine Kapazitätsänderung C_tip/liq hervorgerufen, die in der Schaltung 2 ein Ausgangssignal s(t) auslöst.
• Gemäß Erfindung umfasst das Laborgerät 100, respektive die Messschaltung des Laborgeräts 100, eine sogenannte Referenzschaltung 20, die hier als einfacher Schaltungsblock gezeigt ist. Die Referenzschaltung 20 hat eine Ausgangsseite 21, die mit der Eingangsseite 6 der elektronischen Schaltung 2 verbunden ist. Es kommt ein Schaltelement S zum Einsatz, das zum Beispiel von einer Ablaufsteuerung 30 mittels eines Schaltsignals S1 betätigt werden kann. In 3 ist das Betätigen des Schaltelements S durch einen gestrichelten Pfeil 31 angedeutet. Der gestrichelte Pfeil 31 stellt eine Schaltsignalleitung für das Schaltsignal S1 dar.
• Der Schalter S bewirkt, dass im offenen Zustand die beiden Kapazitäten C1 und C2 in Serie geschaltet sind und dass im geschlossenen Schaltzustand nur die Kapazität C1 wirksam ist. Die Differenz dieser beiden Zustände ergibt die Kapazitätsänderung C1 – (C1·C2/(C1 + C2)).
• Wenn man nun das Übersprechen (Beeinflussung W) zwischen einem Fühler 3 und einem benachbarten Fühler 3 (next Tip) testen will, dann wird der Schalter S geschlossen und geöffnet und gleichzeitig das Ausgangssignal s(t) (z. B. das Signal s_m(t) in 9B) des Nachbarkanals gemessen.
• Nach dem Verbinden des Ausgangs 21 der Referenzschaltung 20 mit dem Eingang 6 der Schaltung 2 wird durch die Referenzschaltung 20 eine vordefinierte (vorzugsweise festverdrahtete) effektive Kapazität auf der Eingangsseite 6 der Schaltung 2 vorgegeben. Die erwähnte Ablaufsteuerung 30 ist so ausgelegt, dass sie das Auslösen eines Tests durch das Anlegen eines Steuersignals S1 an den Schalter S der Referenzschaltung 20 bewirkt. Das Steuersignal S1 wird z. B. über eine Steuersignalleitung 31 an die Referenzschaltung 20 übergeben. Das Steuersignal S1 bewirkt durch einen Schaltvorgang eine kleine Vergrößerung der effektiven Kapazität, die von Referenzschaltung 20 an der Eingangsseite 6 der Schaltung 2 vorgegeben wird, da der Schalter S durch das Signal S1 geschlossen und die Kapazität C2 kurzgeschlossen werden. Die Ablaufsteuerung 30 überwacht das Verarbeiten der entsprechenden Kapazitätsänderung durch die Schaltung 2 und das Auslösen eines analogen Ausgangssignals s(t), das in der Schaltung 2 durch diese kleine, vordefinierte Kapazitätsänderung hervorgerufen wird. Die Ablaufsteuerung 30 kann z. B. das Ausgangssignal s(t) auswerten, um eine Aussage über die Funktion der Schaltung 2 zu ermöglichen indem z. B. die Amplitude und/oder die Pulsbreite des Ausgangssignals s(t) gemessen wird. In 3 ist angedeutet, dass das gemessene Ausgangssignal s(t) von der Schaltung 2 an die Ablaufsteuerung 30 übergeben wird, damit die Ablaufsteuerung 30 z. B. eine Bewertung des Ausgangssignals s(t) vornehmen kann. Die Bewertung des Ausgangssignals s(t) kann zum Beispiel durch einen Vergleich des Ausgangssignals s(t) mit einem analogen Sollsignal oder durch einen Vergleich mit einem digitalen Sollwert erfolgen. Falls ein Vergleich mit einem digitalen Sollwert erfolgen soll, so wird das Ausgangssignal s(t) vor dem Vergleich zuerst umgewandelt in ein digitales Signal. Der Sollwert oder das Sollsignal kann zum Beispiel nach der Herstellung des Laborgeräts 100 beim werkseitigen Test und Kalibrieren in der Ablaufsteuerung 30 gespeichert worden sein.
• In 3 sind Details einer ersten Ausführungsform der Referenzschaltung 20 gezeigt. Die Referenzschaltung 20 umfasst hier eine Reihenschaltung einer ersten kleinen Kapazität C1 und einer zweiten größeren Kapazität C2, wobei die zweite Kapazität C2 durch den erwähnten Schaltvorgang kurzschließbar ist. Das Kurzschließen der zweiten Kapazität C2 wird durch das Schließen eines Schaltelements S realisiert, wie in 3 angedeutet. Das Steuersignal S1 bewirkt durch den Schliessvorgang des Schaltelements S eine Vergrößerung der effektiven Kapazität der Referenzschaltung 20. Das Steuersignal S1 kann zum Beispiel, wie in 3 angedeutet, von der Ablaufsteuerung 30 ausgegeben werden.
• In den 4A und 4B ist angedeutet, dass das Steuersignal S1 zum Beispiel ein einmaliger Rechteckpuls sein kann (4A), oder dass eine Pulsfolge mit mehreren Rechteckpulsen als Steuersignal S1 dienen kann (4B). Falls ein Steuersignal S1 nach 4B zum Einsatz kommt, so wird die Schaltung 2 mehrfach in kurzen Zeitabständen (vorgegeben durch den Abstand der Pulse des Signals S1) hintereinander getestet.
• In 5 ist eine zweite Ausführungsform der eigentlichen Referenzschaltung 20 gezeigt. Die Referenzschaltung 20 umfasst wiederum eine Reihenschaltung einer ersten kleinen Kapazität C1 und einer zweiten größeren Kapazität C2, wobei die zweite Kapazität C2 durch den erwähnten Schaltvorgang kurzschließbar ist. Das Kurzschließen der zweiten Kapazität C2 wird durch das Schließen eines Schaltelements S realisiert. Hier dient ein FET (Feldeffekt-Transistor) als Schaltelement S, wie in 5 angedeutet. Beim Anlegen des Steuersignals S1 am Gate des FET schaltet dieser Transistor durch und es entsteht ein Kurzschluss. Durch diesen Schaltvorgang ergibt sich eine kleine Vergrößerung der effektiven Kapazität der Referenzschaltung 20. Das Steuersignal S1 kann zum Beispiel, wie in 3 angedeutet, von der Ablaufsteuerung 30 ausgegeben werden.
• In den 6A ist ein beispielhaftes Steuersignal S1.1 im zeitlichen Bezug zu einem direkt erzeugten Ausgangssignal s₁(t) eines ersten Messkanals gezeigt. Das Steuersignal S1.1 ist hier ein Rechteckpuls, wie in 6A gezeigt. Die ansteigende und die abfallenden Flanken des Rechteckpulses des Steuersignals S1.1 rufen in der Schaltung 2 ein Ausgangssignal s₁(t) analog dem Ein- und Austauchen des Fühlers 3 in die Flüssigkeit 1 hervor, wie in 6B in schematisierter Form angedeutet. Das Ausgangssignal s₁(t) weist hier einen positiven Peak S11.1 und einen negativen Peak S11.2 auf. Der positiven Peak S11.1 entspricht dem Verhalten des Fühlers 3 beim Eintauchen in eine Flüssigkeit 1 und der negative Peak S11.2 entspricht dem Verhalten des Fühlers 3 beim Austauchen aus der Flüssigkeit 1. Je nach Ausführung der Signalauswertung kann das Ausgangssignal s₁(t) auch invertiert sein oder eine andere Signalform aufweisen. Das Ausgangssignal s₁(t) kann z. B., wie bereits erwähnt, mit einem analogen Referenzsignal oder Sollsignal verglichen werden. Das Ausgangssignal s₁(t) kann aber auch digitalisiert werden, um es dann mit einem digitalen Sollsignal zu vergleichen. Der in den 6A und 6B illustrierte Fall wird auch als Primärmessung bezeichnet, da an einem 1. Messkanal eine Kapazitätsänderung vorgegeben und an demselben Messkanal auch die Reaktion (in Form des Ausgangssignals s₁(t)) der Schaltung 2 beobachtet werden.
• Eine solche Primärmessung kann mehrfach wiederholt werden. In diesem Fall wird zum Beispiel ein Signal nach 4B als Steuersignal 51 vorgegeben.
• Eine solche Primärmessung kann auch mehrfach wiederholt werden während man zum Beispiel den Fühler 3 bewegt, um feststellen zu können, ob die Coax-Kabelverbindungen Fehler verursachen oder ob es im Extremfall sogar zu Signalausfällen (z. B. mit s₁(t) = Null) kommt, was z. B. durch einen Kabelbruch verursacht werden könnte, der sich nur in bestimmten Situationen zeigt.
• In 7A ist eine weitere Ausführungsform eines Laborgeräts 100 gezeigt, das zwei Kanäle 10.1, 10.2 aufweist. Jeder der Kanäle 10.1, 10.2 ist hier im Wesentlichen gleich ausgestattet wie der einzelne Kanal nach 3. D. h. bei dieser Ausführungsform hat jeder der beiden Kanäle 10.1, 10.2 folgende Komponenten oder Bauteile: Schaltung 2.1 bzw. 2.2, Fühler 3, Bewegungsvorrichtung (nicht gezeigt). Es ist eine übergeordnete, zentrale Schaltung mit den Blöcken 30.1 und 20.1 vorgesehen. Diese Ausführungsform eignet sich vor allem für Geräte 100, die mehrere Kanäle 10.1, 10.2 aufweisen.
• Jeder der Kanäle 10.1, 10.2 kann nach dem oben beschriebenen Ansatz einzeln direkt getestet werden. Beim direkten Testen des Kanals 10.1 werden primär die Schaltung 2.1 des Kanals 10.1 und die zentrale Ablaufsteuerung 30.1 und die zentrale Referenzschaltung 20.1 eingesetzt. Es wird das primäre Ausgangssignal s₁(t) des ersten Kanals 10.1 betrachtet. Beim direkten Testen des Kanals 10.2 werden primär die Schaltung 2.2 des Kanals 10.2 und die zentrale Ablaufsteuerung 30.1 und die zentrale Referenzschaltung 20.1 eingesetzt. Es wird hier das primäre Ausgangssignal s₂(t) des zweiten Kanals 10.2 betrachtet. Das Steuersignal S1.n (mit n = 1) sieht hier z. B. genauso aus wie das Steuersignal S1.1 in 6A. Die primären Ausgangssignale s₁(t) und s₂(t) können z. B. so aussehen wie das Signal s₁(t) in 6B.
• Bei der in 7A gezeigten Ausführungsform kann aber auch die gegenseitige Beeinflussung W (Übersprechen genannt) der Kanäle 10.1, 10.2 getestet werden. Dies kann wie folgt geschehen. In einem entsprechenden ersten Schritt wird der Kanal 10.1 direkt getestet, indem die Schaltung 2.1 des Kanals 10.1, die Ablaufsteuerung 30.1 und die Referenzschaltung 20.1 eingesetzt werden, wie oben beschrieben. Daraus ergibt sich ein Ausgangssignal, das hier mit s₁(t) (mit n = 1) bezeichnet ist. Dieses Ausgangssignal s₁(t) wird z. B. von der Ablaufsteuerung 30.1 ausgewertet oder bewertet. Dann können in einem entsprechenden zeitverschobenen zweiten Schritt die Ablaufsteuerung 30.1 und die Referenzschaltung 20.1 am Kanal 10.2 eingesetzt werden. Diesmal wird erneut das Ausgangssignal s₁(t) betrachtet (indirekter Test des Kanals 10.1), das von der Schaltung 2.1 als Reaktion auf die kleine Kapazitätsänderung der Referenzschaltung 20.1 am Eingang der Schaltung 2.2 und an dem entsprechenden Fühler 3 der 2. Kanals ausgelöst wird. Durch das Übersprechen (hier als Beeinflussung W bezeichnet) ergibt sich nämlich am Eingang der Schaltung 2.1 eine sehr kleine Kapazitätsänderung, die abhängt von der bewusst ausgelösten Kapazitätsänderung an der Schaltung 2.2, und von der Streukapazität C_tip/tip zwischen den beiden benachbarten Kanälen 10.1, 10.2.
• Weiterhin kann nun z. B. in entsprechenden weiteren Schritten der Kanal 10.2 direkt und indirekt getestet werden.
• In 7B ist eine weitere Ausführungsform eines Laborgeräts 100 gezeigt, das zwei Kanäle 10.1, 10.2 aufweist. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt. Jeder der Kanäle 10.1, 10.2 ist hier im Wesentlichen gleich ausgestattet wie der einzelne Kanal nach 3. D. h. bei dieser Ausführungsform hat jeder der beiden Kanäle 10.1, 10.2 folgende Komponenten oder Bauteile: Schaltung 2.1 bzw. 2.2, Referenzschaltung 20.1 bzw. 20.2, Fühler 3, Bewegungsvorrichtung (nicht gezeigt). Es ist eine übergeordnete, zentrale Schaltung mit dem Block 30.1 vorgesehen. Diese Ausführungsform eignet sich vor allem für Geräte 100, die mehrere Kanäle 10.1, 10.2 aufweisen.
• Diese Ausführungsform des Laborgeräts 100 funktioniert analog wie die in 7A gezeigte und oben beschriebene Ausführungsform. Der einzige Unterschied liegt darin, dass jedem Kanal 10.1, 10.2 usw. eine eigene Referenzschaltung 20.1, 20.2 usw. zugeordnet ist.
• Vorzugsweise werden die erwähnten Schritte so gesteuert, dass sie zeitlich versetzt ablaufen, um die einzelnen Ausgangssignale s_n(t) und s_m(t) (mit n gleich der Anzahl der ungeradzahligen Kanäle und m gleich der Anzahl der geradzahligen Kanäle), die ausgelöst werden, besser unterscheiden und auswerten/bewerten zu können. Die zeitlich versetzte Ansteuerung kann z. B. durch eine übergeordnete Instanz (übergeordnete Steuerung oder Master genannt, die als Software und/oder Hardware implementiert sein kann) vorgenommen werden. In 7A und 7B sind die übergeordneten Steuerungen durch die gemeinsame zentrale Ablaufsteuerungen 30.1 realisiert.
• Die Reihenfolge der erwähnten Verfahrensschritte kann auch anders gewählt werden.
• In den 8A und 8B sind beispielhafte Signale S1.n und S1.m im zeitlichen Bezug gezeigt. Das Steuersignal S1.n ist eine Pulsfolge mit mehreren Rechteckpulsen (8A). Diese Rechteckpulse des Steuersignals S1.n können gleichzeitig für den direkten Test zum Beispiel der ungeradzahligen Kanäle genutzt werden (mit n = 1, 3, 5, usw.). Zum Auswerten oder Bewerten werden die entsprechenden direkten Ausgangsignale der ungeradzahligen Kanäle betrachtet. Ein entsprechendes Ausgangsignal s_n(t) ist zum Beispiel in 9A gezeigt (mit n = 1, 3, 5, usw.). Zeitversetzt zu den Pulsen des Steuersignals S1.n können Pulse eines zweiten Steuersignals S1.m (mit m = 2, 4, 6, usw.) an die geradzahligen Kanäle angelegt werden. Zum Auswerten oder Bewerten werden die entsprechenden direkten Ausgangsignale der geradzahligen Kanäle betrachtet. Ein entsprechendes Ausgangsignal s_m(t) ist zum Beispiel in 9B gezeigt (mit m = 2, 4, 6, usw.). Der direkte Test der ungeradzahligen Kanäle löst aber gleichzeitig, verursacht durch das Übersprechen, sogenannte Stör- oder Übersprechpeaks S5.2 in den Schaltungen 2 der geradzahligen Kanäle aus (siehe 9B). Der direkte Test der geradzahligen Kanäle löst entsprechend, verursacht durch das Übersprechen, sogenannte Stör- oder Übersprechpeaks S5.1 in den Schaltungen 2 der ungeradzahligen Kanäle aus (siehe 9A). Die Stör- oder Übersprechpeaks S5.1 bzw. S5.2 werden auch als Sekundärsignale bezeichnet. Diese indirekten Tests werden auch als Sekundärtests bezeichnet.
• Die Primärtest und Sekundärtest können somit gleichzeitig für alle Kanäle in 2 Schritten durchgeführt werden, wie anhand der Signale in den 8A, 8B, 9A, 9B dargestellt. Erster Schritt: Testsignal S1.n an allen ungeraden Kanälen bewirkt Primärsignale s_n(t) mit Peaks S6.1 auf ungeraden Kanälen und Sekundärsignale s_m(t) mit Peaks S5.2 auf geraden Kanälen. Zweiter Schritt: Testsignal S1.m auf alle geraden Kanäle, bewirkt Primärsignale s_m(t) mit Peaks S6.2 auf geraden Kanälen und Sekundärsignale s_n(t) mit Peaks S5.1 auf ungeraden Kanälen.
• Es kann eine übergeordnete Steuerung eingesetzt werden, welche die Steuersignale S1.n, S1.m usw. auslöst, wobei durch die übergeordnete Steuerung z. B. die zeitliche Verzögerung Δt vorgegeben werden kann, wie in den 8A, 8B gezeigt.
• Bei den in den 7A und 7B gezeigten Ausführungsformen können besonders einfach und zuverlässig die indirekten gegenseitigen Beeinflussungen W (Übersprechen genannt) der verschiedenen Kanäle getestet werden.
• Das erfindungsgemäße Laborgerät 100 ist in den verschiedenen Ausführungsformen so ausgelegt, dass die Referenzschaltung 20 an der Eingangsseite 6 der Schaltung 2 durch die Reihenschaltung der ersten kleinen Kapazität C1 und der zweiten größeren Kapazität C2 eine kleinere effektive Kapazität Ceff1 vorgibt. Durch den Kurzschluss, der durch den Schaltvorgang über das Signal S1, S1.1 oder S1.n, S.1m auslösbar ist, ist dann nur noch die Kapazität der ersten kleinen Kapazität C1 wirksam und die effektive Kapazität Ceff2 erhöht sich somit um einen kleinen Betrag.
• Die kleinere effektive Kapazität Ceff1 errechnet sich wie folgt:

  
• Vorzugsweise hat die erste kleine Kapazität C1 eine Kapazität zwischen 10 und 100 pF (Picofarad) und die zweite größere Kapazität C2 hat eine Kapazität zwischen 2000 und 10000 pF.
• Falls C1 = 22 pF und C2 = 4700 pF, dann beträgt Ceff1 = 21,8975 pF wenn das Schaltelement S offen ist (d. h. wenn kein Kurzschluss vorliegt). Im Kurzschlussfall ist nur die erste Kapazität C1 wirksam und es gilt Ceff2 = 22 pF, mit Ceff1 < Ceff2. Der Unterschied zwischen offenem Schaltelement S und geschlossenem Schaltelement S beträgt somit in diesem Beispiel 102,5 fF (Femtofarad).
• Die Zeichnungen zeigen die verschiedenen Elemente und Bausteine der Erfindung in einer schematisierten Blockdarstellung, die sich mehr nach der eigentlichen Funktion als nach dem konkreten Aufbau oder der Anordnung der Elemente und Bausteine richtet. Die Schaltungen 2, 20 und 30 (bzw. die Schaltungen 2.1, 2.2, 20.1, 30.1, usw.) können zum Beispiel miteinander kombiniert sein. Ein Teil der Aspekte kann durch eine geeignete Software realisiert sein. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Signalverarbeitung auf der Eingangsseite 6 der Schaltung 2, 2.1, 2.2 und die Serienschaltung der Kapazitäten der Referenzschaltung 20, 20.1 in Hardware realisiert sind. Die anderen Aspekte sind vorzugsweise als Software umgesetzt.
• Mit der Referenzschaltung 20.1 und der Ablaufsteuerung 30.1 der 7A, 7B lässt sich, wie beschrieben, das Übersprechen zwischen mehreren Kanälen 10.1, 10.2 erkennen, obwohl in den 7A, 7B nur zwei Kanäle gezeigt sind.
• Die erfindungsgemässe Kapazitätsänderung kann auch mehrstufig erfolgen. Zu diesem Zweck kann z. B. eine Referenzschaltung 20 nach 10 zum Einsatz kommen. Es kommen hier zwei Schaltelemente SA und SB zum Einsatz, die über entsprechende Schaltsignale geschaltet werden können (analog zum Schaltelement S). In der gezeigten Konfiguration sind folgende Gesamtkapazitäten C_total möglich:

  
• Mit den Kapazitätswerten C1, C3 = 100 pF, C2 = 3.3 nF und C4 = 220 nF sind folgende Kapazitätsänderungen möglich: ΔCa = C_{total_2} – C_{total_1} = 84 fF ΔCb = C_{total_3} – C_{total_1} = 179 fF ΔCc = C_{total_4} – C_{total_1} = 253 fF ΔCd = C_{total_3} – C_{total_2} = 95 fF ΔCe = C_{total_4} – C_{total_2} = 169 fF ΔCf = C_{total_4} – C_{total_3} = 74 fF
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Testverfahren auch zur Klassierung der zu detektierenden Flüssigkeit genutzt werden. D. h. das Laborgerät 100 mit der beschriebenen Referenzschaltung 20.1 und 20.2 kann zu diesem Zweck eingesetzt werden. Damit dient die erfindungsgemässe Schaltung 2 nicht nur zum Testen eines Laborgeräts 100, sondern kann auch vom Benutzer dazu eingesetzt werden, um eine erste Aussage über die Leitfähigkeit einer Flüssigkeit 1 zu erhalten. Dies geschieht vorzugsweise indem zwei benachbarte Fühler 3 von zwei benachbarten Kanälen 10.1, 10.2 gleichzeitig und gemeinsam in die Flüssigkeit 1 getaucht werden. Wird nun auf dem einen ersten der beiden Kanäle 10.1 eine Kapazitätsänderung durch die entsprechende Referenzschaltung 20.1 generiert, so kann z. B. durch Betrachtung des Ausgangssignals s₂(t) des anderen Kanals 10.2 eine grobe Aussage über die Leitfähigkeit und/oder die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit 1 gemacht werden. Die Größe und unter Umständen auch die Form des Ausgangssignals s₂(t) zeigen nämlich eine Abhängigkeit von der Leitfähigkeit und/oder der Dielektrizitätskonstanten. Die Amplitude oder Form des Übersprechsignals (d. h. des Ausgangssignals s₂(t)) lässt Aussagen über die Eigenschaften der Flüssigkeit 1 zu.
• Die beschriebenen Schaltungen 20.1, 30.1 können aber auch eingesetzt werden, um falsch angeschlossene oder defekte Kabelverbindungen zu erkennen.
• Bezugszeichenliste

1

Flüssigkeit

2

elektronische Schaltung

2.1

elektronische Schaltung des Kanals 10.1

2.2

elektronische Schaltung des Kanals 10.2

3

zustellbarer Fühler (z. B. Pipettenspitze)

4

Grundplatte

5

Flüssigkeitsbehälter

6

Eingangsseite

7

Verstärker

8

Schaltungselement

8.1

Ausgang

9

Signalauswertungsschaltung

10.1

1. Kanal

10.2

2. Kanal

S11.1

Positiver Peak

S11.2

negativer Peak

20

Referenzschaltung

20.1

Zentrale Referenzschaltung

21

Ausgangsseite

30

Ablaufsteuerung

30.1

Zentrale Ablaufsteuerung

31

Steuersignalleitung

100

Laborgerät

A

Signalamplitude

B

Zustellbewegung

C1

erste kleine Kapazität

C2

zweite größere Kapazität

C3, C4

Weitere Kapazitäten

Ceff1

kleinere effektive Kapazität

Ceff2

effektive Kapazität

C_meas

Kapazitätsänderung

C_tip/tip

Streukapazität

C_coupl

Kopplungskondensator

C_tip/liq

Kapazität zwischen Fühler und Flüssigkeit

C_tip/liq-in

Kapazität zwischen Fühler und Flüssigkeit beim Eintauchen

C_tip/liq-out

Kapazität zwischen Fühler und Flüssigkeit bei nicht eingetauchtem Fühler

C_coupl

Kopplungskondensator

C_{tip/worktable}

Kapazität zwischen dem Fühler und der Arbeitstisch

C_cable

Kapazität des Kabels

C_filter

Kapazität der Filterschaltung

C_total

Gesamtkapazitäten

ΔC

Kapazitätsänderung

fh

hohe Frequenz

ft

tiefere Frequenz

m

Gerade Zahl

n

Ungerade Zahl

R

Ladewiderstand

R_liq

Ersatzwiderstand der Flüssigkeit

R_tip

Ersatzwiderstand des Fühlers

S, SA, SB

Schalter (bzw. Schaltelement)

S1

Steuersignal

S1.n

Steuersignal der ungeradzahligen Kanäle

S1.m

Steuersignal der geradzahligen Kanäle

S1.1

Steuersignal

S2

Schaltelement

s(t)

Ausgangssignal

s₁(t)

Ausgangssignal des Kanals 10.1

s₂(t)

Ausgangssignal des Kanals 10.2

s_n(t)

Ausgangssignal des n.ten Kanals 10.n (mit n = 1, 3, 5, ...)

s_m(t)

Ausgangssignal des m.ten Kanals 10.m (mit m = 2, 4, 6, ...)

t

Zeit

U_q

Spannungsquelle

W

Beeinflussung

Z_tot

Gesamtimpedanz

Z_q

Impedanz der Spannungsquelle

Claims (15)

1. Verfahren zum Testen eines Laborgeräts (100), das – eine elektronische Schaltung (2; 2.1, 2.2) zum Detektieren eines Flüssigkeitsniveaus in einem Flüssigkeitsbehälter (5) und – einen zustellbaren Fühler (3) umfasst, der mit einer Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2) verbunden ist, wobei der Fühler (3) in Richtung der Flüssigkeit (1) im Flüssigkeitsbehälter (5) zustellbar ist und der Fühler (3) beim Eintauchen in die Flüssigkeit (1) auf der Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2) eine Kapazitätsänderung hervorruft, die in der Schaltung (2; 2.1, 2.2) ein Ausgangssignal auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte zum Testen des Laborgeräts (100) ausgeführt werden: a. Verbinden einer Referenzschaltung (20; 20.1) mit der Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2), wobei die Referenzschaltung (20; 20.1) eine effektive Kapazität auf der Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2) vorgibt, b. Auslösen des Tests durch das Anlegen des Anlegen eines Steuersignals (S1; S1.1, S1.n; S1.m) an die Referenzschaltung (20; 20.1), wobei das Steuersignal (S1; S1.1, S1.n; S1.m) durch einen Schaltvorgang eine Vergrößerung der effektiven Kapazität bewirkt, c. Verarbeiten der entsprechenden Kapazitätsänderung durch die Schaltung (2; 2.1, 2.2) und Auslösen eines Ausgangssignals (s(t); s_n(t), s_m(t)), d. Auswerten dieses Ausgangssignals (s(t); s_n(t), s_m(t)), um eine Aussage über die Funktion der Schaltung (2; 2.1, 2.2) zu ermöglichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzschaltung (20; 20.1) eine Reihenschaltung einer ersten kleinen Kapazität (C1) und einer zweiten größeren Kapazität (C2) aufweist, wobei die zweite Kapazität (C2) durch den Schaltvorgang kurzgeschlossen werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzschaltung (20; 20.1) aufgrund der Reihenschaltung der ersten kleinen Kapazität (C1) und der zweiten größeren Kapazität (C2) eine kleinere effektive Kapazität (Ceff1) vorgibt und dass durch den Kurzschluss, der durch den Schaltvorgang ausgelöst wird, nur die Kapazität der ersten kleinen Kapazität (C1) wirksam ist und sich die effektive Kapazität (Ceff2) gegenüber der kleineren effektiven Kapazität (Ceff1) somit erhöht.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste kleine Kapazität (C1) eine Kapazität hat, die zwischen 10 und 100 pF und die zweite größere Kapazität (C2) eine Kapazität hat, die zwischen 2000 und 10000 pF beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborgerät (100) mehrere Kanäle (10.1, 10.2) umfasst, wobei jeder Kanal (10.1, 10.2) – eine elektronische Schaltung (2.1, 2.2) zum Detektieren des Flüssigkeitsniveaus in einem Flüssigkeitsbehälter (5) und – einen zustellbaren Fühler (3) umfasst, der mit einer Eingangsseite (6) der Schaltung (2.1, 2.2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass pro Kanal (10.1, 10.2) eine Referenzschaltung (20; 20.1, 20.2) vorhanden ist und dass pro Kanal die Schritte a. bis d. durchgeführt werden, wobei das Anlegen des Steuersignals (S1, S1.1, S1.2) an die jeweilige Referenzschaltung (20; 20.1, 20.2) zeitlich gestaffelt erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Anlegen des Steuersignals (S1, S1.1; S.1.2) an eine der Referenzschaltungen (20) beobachtet wird, ob sich in anderen Kanälen (10.1, 10.2), respektive in der Schaltung (2.1, 2.2) eines der anderen Kanäle (10.1, 10.2) ein Störsignal (S5.1, S5.2) ergibt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (s(t); s_n(t), s_m(t)), das durch das Anlegen des Steuersignals (S1, S1.1, S1.n, S1.m) an eine Referenzschaltung (20, 20.1, 20.2) ausgelöst wird im Schritt d. mit einem vorgegebenen Referenzsignal verglichen wird, wobei im Falle einer Abweichung des Ausgangssignals (s(t); s_n(t), s_m(t)) von dem Referenzsignal eine qualitative Beurteilung durchgeführt wird.
8. Laborgerät (100) mit – einer elektronischen Schaltung (2; 2.1, 2.2) zum Detektieren eines Flüssigkeitsniveaus in einem Flüssigkeitsbehälter (5), – einem zustellbaren Fühler (3), der mit einer Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2) verbunden ist, – einer Bewegungsvorrichtung, die es ermöglicht den Fühler (3) in Richtung der Flüssigkeit (1) im Flüssigkeitsbehälter (5) zuzustellen, wobei beim Eintauchen des Fühlers (3) in die Flüssigkeit (1) auf der Eingangsseite (6) der Schaltung (2; 2.1, 2.2) eine Kapazitätsänderung hervorrufbar ist, die in der Schaltung (2; 2.1, 2.2) ein Signal auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborgerät (100) – eine Referenzschaltung (20; 20.1) umfasst, die – mit der Eingangsseite (6) der Schaltung (2, 2.1, 2.2) verbindbar ist, und – die nach diesem Verbinden eine effektive Kapazität auf der Eingangsseite (6) der Schaltung (2, 2.1, 2.2) vorgibt, – eine Ablaufsteuerung (30; 30.1) umfasst, die – das Auslösen eines Tests durch das Anlegen eines Steuersignals (S1; S1.1, S1.n; S1.m) an die Referenzschaltung (20; 20.1, 20.2) bewirkt, wobei das Steuersignal (S1; S1.1, S1.n; S1.m) durch einen Schaltvorgang eine Vergrößerung der effektiven Kapazität bewirkt, – das Verarbeiten der entsprechenden Kapazitätsänderung durch die Schaltung (2; 2.1, 2.2) und Auslösen eines Ausgangssignals (s(t); s_n(t), s_m(t)) überwacht, und – das Ausgangssignal (s(t); s_n(t), s_m(t)) auswertet, um eine Aussage über die Funktion der Schaltung (2; 2.1, 2.2) zu ermöglichen.
9. Laborgerät (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzschaltung (20; 20.1, 20.2) eine Reihenschaltung einer ersten kleinen Kapazität (C1) und einer zweiten größeren Kapazität (C2) aufweist, wobei die zweite Kapazität (C2) durch den Schaltvorgang kurzschliessbar ist.
10. Laborgerät (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden der Referenzschaltung (20; 20.1, 20.2) die Reihenschaltung der ersten kleinen Kapazität (C1) und der zweiten größeren Kapazität (C2) eine erste effektive Kapazität (Ceff1) ergibt und dass durch den Kurzschluss, der durch den Schaltvorgang auslösbar ist, nur die Kapazität der ersten kleinen Kapazität (C1) wirksam ist und sich die effektive Kapazität (Ceff2) somit vergrößert.
11. Laborgerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborgerät (100) mehrere Kanäle (10.1, 10.2) umfasst, wobei jeder Kanal (10.1, 10.2) – eine elektronische Schaltung (2.1, 2.2) zum Detektieren des Flüssigkeitsniveaus in einem Flüssigkeitsbehälter (5) und – einen zustellbaren Fühler (3) umfasst, der mit einer Eingangsseite (6) der Schaltung (2.1, 2.2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass pro Kanal (10.1, 10.2) eine Referenzschaltung (20, 20.1, 20.2) vorhanden ist.
12. Laborgerät (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufsteuerung (30.1) so ausgelegt ist, dass das Auslösen eines Tests durch das Anlegen eines Steuersignals (S1, S1.1, S1.n; S1.m) pro Kanal (10.1, 10.2) ausführbar ist, wobei das Anlegen des Steuersignals (S1, S1.1, S1.n; S1.m) an die jeweilige Referenzschaltung (20.1, 20.2) zeitlich gestaffelt erfolgt.
13. Laborgerät (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborgerät (100) mehrere Kanäle (10.1, 10.2) umfasst, und dass eine zentrale Referenzschaltung (20.1) und eine zentrale Ablaufsteuerung (30.1) vorhanden sind.
14. Verfahren zum Klassifizieren einer zu detektierenden Flüssigkeit (1) in einem Laborgerät (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, das zwei benachbarte Kanäle (10.1, 10.2) aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Eintauchen der beiden Fühler (3) der beiden Kanäle (10.1, 10.2) in eine Flüssigkeit (1), – Auslösen einer Kapazitätsänderung an einem der beiden Kanäle (10.1, 10.2), – Auswerten des Ausgangssignals an dem anderen der beiden Kanäle (10.1, 10.2).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten des Ausgangssignals die Grösse und/oder die Form des Ausgangssignals ausgewertet wird/werden, da diese abhängig sind von der Leitfähigkeit und der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit (1).

Images