DE3009835A1

DE3009835A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der eigenschaften eines segmentierten fluids, ohne in das fluid einzudringen

Info

Publication number: DE3009835A1
Application number: DE19803009835
Authority: DE
Inventors: Milton H Pelavin
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1980-09-25
Also published as: FR2451579A1; JPH0319932B2; JPS55125472A; CA1136885A; IT1129430B; GB2047880B; US4210809A; FR2451579B1; IT8067396A0; GB2047880A; DE3009835C2

Description

TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y. VStA

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Eigenschaften eines segmentierten Fluids, ohne in das Fluid einzudringen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Phasengrenze zwischen Gas und Flüssigkeit sowie entsprechenden Flüssigkeits- und Gasabschnitten in einem mit einem Gas segmentierten, in eine Leitung geführten Flüssigkeitsstrom sowie zur Bestimmung der entsprechenden Volumina der Flüssigkeitsabschnitte des Stromes, ohne in das Innere des Stromes einzudringen.

Wenngleich es eine Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung einer Vielzahl von Strömungseigenschaften und bzw. oder Parametern, betreffend die Anordnung und Zahl der Abschnitte von mit Luft segmentierten Flüssigkeitsströmen, die in Leitungen geführt werden, gibt, wird dabei normalerweise die Anordnung der Bestimmungsgeräte innerhalb der Strömungsleitung nötig, was für eine Verwendung bei Systemen zur automatisierten Analyse nach dem Prinzip des kontinuierlichen Durchflusses unzweckmäßig ist. Insbesondere führt die Anwesenheit eines Bestimmungsgerätes in der Strömungsleitung zu einer Behinderung der Strömung sowie einer Beeinträchtigung des Waschens und damit zu Verunreinigungen zwischen aufeinanderfolgenden Abschnitten. Außerdem bringt die Anordnung der Bestimmungseinrichtungen in der Strömungsleitung schwerwiegende HandhabungsSchwierigkeiten mit sich, insbesondere in solchen Fällen, in denen der Innendurchmesser der Leitung klein ist; außerdem werden die Eichung, Verschiebung und bzw. oder das Ersetzen derartiger Bestimmungseinrichtungen besonders schwierig. Schließlich können in Abhängigkeit von der chemischen Natur des segmentierten Flüssigkeitsstromes chemische Umsetzungen zwischen der Flüssigkeit bzw. den

030039/0791

O°

"¹⁰" 30098^5

Flüssigkeiten, die untersucht werden soll bzw. sollen, und der Bestimmungseinrichtung stattfinden.

Außerdem erfordern die genannten Verfahren und Einrichtungen, auch diejenigen, bei denen man nicht in den Strom eindringen muß, im allgemeinen die Verwendung verhältnismäßig komplizierter, aufwendiger und in vielen Fällen nicht besonders zuverlässiger Teile, die den Gesamtwert der Methoden und Einrichtungen beträchtlich verringern - besonders bei der Anwendung auf automatisierte biomedizinische Analysen, wo selbstverständlich besonders hohe Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines neuen, verbesserten Verfahrens bzw. einer neuen, verbesserten Vorrichtung zur Bestimmung von Phasengrenzen zwischen Gas und Flüssigkeit sowie der entsprechenden Flüssigkeits- und Gasabschnitte in einem, in einer Leitung geführten, mit einem gassegmentierten Flüssigkeitsstrom, ohne daß ein Eingriff in den Strom erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist weiterhin die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur genauen Bestimmung von Volumina von Flüssigkeitsabschnitten in einem mit einem Gas segmentierten Flüssigkeitsstrom, der mit praktisch konstanter oder aber auch unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit in einer Leitung geführt wird, wobei lediglich verhältnismäßig einfache und wenig kostspielige, leicht erhältliche Teile von erwiesener Genauigkeit und Zuverlässigkeit benötigt werden, um verhältnismäßig niedrige Vorrichtungskosten und einen langen, genauen und verläßlichen Betrieb zu gewährleisten, wobei ferner die Vorrichtung einfach im Verhältnis zur Strömungsleitung versetzt werden kann, damit die optimalen Strömungsbedingungen in der Strömungsleitung ausgenutzt werden können.

030039/0791
ORIGINAL INSPECTED

Weiter ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der oben genannten Art, die insbesondere - wenngleich nicht ausschließlich - zur Verwendung in Vorrichtungen für die automatisierte Blutanalyse nach dem Prinzip des kontinuierlichen Durchflusses der aus den US-PSn 2 797 149 und 3 241 432 bekannten Art geeignet sind.

Aufgabe der Erfindung ist schließlich die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung von Gas/Flüssigkeits-Phasengrenzen und der entsprechenden Flüssigkeits- und Gasabschnitte in einem mit einem Gas segmentierten Flüssigkeitsstrom, der in einer Leitung entlanggeführt wird, wobei unabhängig von der Extinktion einer
derartigen Flüssigkeit gearbeitet werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur
Erfassung der Abschnitte und der entsprechenden Abschnittsphasengrenzen eines kontinuierlichen Fluidstroms, der aus alternierenden Fluidabschnitten besteht, die in einer optisch durchsichtigen Leitung strömen, wobei die Fluidabschnitte unterschiedliche Strahlungsenergie-Extinktionen und bzw. oder Brechungseigenschaften aufweisen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Strahlungsenergiequelle, die außerhalb der Leitung angeordnet und zu deren Bestrahlung und zur Bestrahlung des Fluidstromes betreibbar ist, einen Detektor für die Strahlungsenergie, der außerhalb der Leitung angeordnet und zur Erfassung der Strahlungsenergie aus der Strahlungsquelle,
die durch die Leitung und den Fluidstrom hindurchgeschickt wird, sowie zur Ausgabe eines dafür kennzeichnenden Signals betreibbar ist, sowie Mittel zur Auswertung des Ausgabesignals für die Anzeige der Fluidabschnitte bzw. der Abschnittsphasengrenzen enthält, wobei die Fluidabschnitte Flüssigkeitsabschnitte umfassen und das Spektrum der Strahlungsenergie im allgemeinen außerhalb des Extinktionsberei-

030G39/079 1

ches für Strahlungsenergie der Flüssigkeiten liegt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Erfassung der Abschnitte und der Phasengrenzen der Abschnitte eines kontinuierlichen Fluidstroms, wobei alternierende Fluidabschnitte in einer optisch durchsichtigen Leitung strömengelassen werden und die Fluidabschnitte unterschiedliche Extinktionseigenschaften für Strahlungsenergie und bzw. oder Brechnungseigenschaften aufweisen und Flüssigkeitsabschnitte enthalten. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Leitung und den Fluidstrom mit Strahlungsenergie bestrahlt, die ein Spektrum aufweist, das im allgemeinen außerhalb des Extinktionsbereiches für Strahlungsenergie der Flüssigkeitsabschnitte liegt, daß man die bestrahlende Strahlungsenergie, die durch die Leitung und den Fluidstrom hindurchgeschickt worden ist, erfaßt und ein dafür kennzeichnendes Signal erzeugt sowie das Signal auswertet, um die Fluidabschnitte bzw. die Abschnittsphasengrenzen zu bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung von Gas/Flüssigkeits-Phasengrenzen und der entsprechenden Volumina der Flüssigkeits- bzw. Gasabschnitte eines mit Gas segmentierten Flüssigkeitsstromes, ohne daß in den Strom eingegriffen wird, bedienen sich einer optisch durchsichtigen Leitung sowie in bevorzugter Weise einer Energiequelle für Infrarotstrahlung sowie eines Infrarotdetektors. Die Energie aus der Infrarotstrahlungsquelle tritt durch die Leitung hindurch und gelangt in den Infrarotdetektor. Beim Betrieb werden Unterschiede in der Infrarotenergiebrechung und bzw. oder -absorption der Abschnitte des Gases, der Flüssigkeit und einer Markierungsflüssigkeit erfaßt und ausgewertet, wobei die Anzahl und Anordnung derartiger Abschnitte im Strom bestimmt wird. Eine genaue Bestimmung des Volumens der Flüssigkeitsabschnitte wird dadurch er-

030039/0 7 91

ORIGINAL INSPECTED

zielt, daß man zwei der Vorrichtungen gemäß der Erfindung in genau bestimmten Abständen längs der Strömungsleitung anordnet.

Die genaue Bestimmung des Volumens der Flüssigkeitsabschnitte wird dadurch bewirkt, daß man zwei Zeitabschnitte, die Zeit, die ein Flüssigkeitsabschnitt benötigt, um an einer der Vorrichtungen vorbeizuströmen, und außerdem die Zeit, die das vordere Ende desselben Flüssigkeitsabschnittes benötigt, um die Entfernung zwischen den beiden Vorrichtungen zu durchströmen, mißt und mathematisch auswertet. Eine Anzahl von Techniken zur Herabdrückung des Fehlers bei derartigen Bestimmungen, der durch Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsabschnittes während des Meßzeitraumes hervorgerufen wird, auf ein Minimum, wird ebenfalls beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert, worin

F i g . 1 einen Längsschnitt einer Strömungsleitung einer Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit einer schematisch dargestellten Auswertungsanlage,

Fig. 2A und 2B Querschnitte einer Strömungsleitung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

F i g . 3 eine grafische Darstellung der von der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ausgegebenen Signale,

F i g . 4 eine schematische Darstellung der Funktionen der Erfassungsvorrichtung gemäß Fig. 1, in Bezug gesetzt zu verschiedenen Stellen einer Strömungsleitung,

F i g . 5A und 5B grafische Darstellungen der von der Erfassungsvorrichtung gemäß Fig. 4 ausgegebenen Signale,

F i g . 6 und 7 Längsschnitte einer Strömungsleitung zur Darstellung verschiedener Dimensionen,

F i g . 8 ein schematisches Diagramm der Funktionen einer Reihe von Erfassungsvorrichtungen, die längs ein und derselben Strömungsleitung angeordnet sind, und

030C39/0791

3Q09835

F i g . 9 eine schematische Darstellung, die die gleichzeitige Erfassung der Abschnittsphasengrenze und der Bestimmung des Abschnittsvolumens erläutert,

darstellen.

Gemäß den Fig. 1, 2A und 2B besteht eine Vorrichtung gemäß der Erfindung aus einer Einrichtung 12 zur Erfassung der Gas/Flüssigkeits-Phasengrenze und der Abschnitte sowie zur Erzeugung eines Signals und aus Signalverarbeitungseinrichtungen 14.

Die Signalerzeugungseinrichtung 12 steht in Beziehung zu einer optisch durchsichtigen Leitung 16, durch die ein segmentierter Flüssigkeitsstrom 18 aus alternierenden Abschnitten von Flüssigkeit 20 und von diese vollständig einschließenden, trennenden Gasabschnitten 22 geführt wird. Die Gasabschnitte können aus Inertgas oder Luft gebildet sein. Die Leitung 16 kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen bestehen und die Strömungsleitung eines Einkanal-Analysators für biochemische Zwecke auf der Grundlage des Prinzips des kontinuierlichen Durchflusses, der aus der US-PS 3 241 432 bekannt ist, bilden. Der segmentierte Flüssigkeitsstrom 18 wird mit praktisch konstanter Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 16 gepumpt, wobei die Abschnitte der Flüssigkeit 20 beispielsweise aus Wasser, Blutserum usw. bestehen und in geeigneter ¥eise zur Durchführung einer kolorimetrischen Analyse umgesetzt worden sind. Außerdem besteht mindestens eines der Flüssigkeitssegmente aus einer geeigneten Markierungslösung, beispielsweise aus Kupferchlorid, wie bei 24 angedeutet ist, die in den Strom 18 aus weiter unten beschriebenen Gründen eingeführt wird.

Der Signalerzeuger 12 besteht aus einer Strahlungsquelle 26 mit einem aktiven Element 27 zur Erzeugung von

030039/0791

OBiGINAUlNSPECTED

■ 3009825

Infrarotstrahlung, einer Leuchtdiode (LED) und einem Infrarotdetektor 28, beispielsweise einer Siliciumzelle mit einem aktiven Element 30, die an entgegengesetzten Seiten der Leitung 16 in einem Metallgehäuse 32 angeordnet sind. Der Infrarotdetektor 28 gibt ein Spannungssignal V aus, das der Infrarotenergie aus der Infrarotquelle 26, die auf die aktive Oberfläche 30 des Detektors auftrifft, direkt proportional ist.

Die Infrarotquelle 26 und der Infrarotdetektor 28 sind von dem Gehäuse 32 durch isolierende Muffen 34 und 36 oder dgl. elektrisch isoliert.

In dem Gehäuse 32 und der Muffe 34 ist eine im allgemeinen kreisförmige Eintrittsöffnung 38 vorgesehen, damit die Infrarotenergie von der Quelle 26 aus durch die infrarotdurchlässige Leitung 16 hindurchgeführt werden kann. Eine im allgemeinen kreisförmige Auslaßöffnung 40 ist entsprechend in dem Gehäuse 32 und der Muffe 36 fluchtend mit der Einlaßöffnung 38 angeordnet, damit die Infrarotenergie, die durch die Leitung 16 und den entsprechenden Abschnitt des Stromes 18 hindurchgetreten ist, auf die aktive Oberfläche 30 des Detektors 28 auftreffen kann. Die Anordnung der aktiven Oberfläche 30 des Detektors 28 innerhalb des Gehäuses 32 schirmt diese Oberfläche wirksam gegenüber der äußeren Infrarotstrahlung der Umgebung ab.

Die Signalverarbeitungseinrichtungen 14 umfassen einen Verstärker 42, der mit dem Ausgang des Detektors 28 verbunden ist. Logische Signalvergleichungsschaltungen 44 sind mit dem Ausgang des Verstärkers 42 verbunden. Die verstärkten Signale V aus dem Detektor 28 und geeignete Schwellwertsignale, die der logischen Vergleichsschaltung 44 eingegeben werden, sind weiter unten im einzelnen näher beschrieben. Zählmittel 46 zählen die aus der logischen Vergleichsschaltung 44 ausgegebenen Signale, und Durchfluß-

030 0 39/0791

INSPECTED

steuermittel 47 sind mit der Vergleichsschaltung 44 und dem Zähler 46 verbunden und steuern die Anordnung des segmentierten Fluidstroms 20 in Leitung 16 und bewirken eine geeignete Alarmabgabe, wenn eine vorherbestimmte Abweichung zwischen tatsächlicher und erwünschter Anordnung des Fluidstroms entdeckt worden ist.

Um beispielsweise jede der Luft/Flüssigkeit-Phasengrenzen in dem segmentierten Flüssigkeitsstrom 18 sowie jede der Markierungsflüssigkeitsabschnitte 24 zu erfassen, wird die Infrarotenergiequelle 26 derart eingestellt, daß Infrarotenergie über einen Teil des Spektrums um eine Wellenlänge herum abgegeben wird, die praktisch, nicht durch die Flüssigkeitsabschnitte 20 aus Wasser, Serum, Reagenz oder einem Gemisch aus Serum und Reagenz absorbiert oder von den Abschnitten weggebrochen werden. Vorzugsweise sind die Infrarotenergieübertragungseigenschaften der entsprechenden Abschnitte 20 aus Blutserum und bzw. oder Reagenz bei einer derartigen Wellenlänge gleich denen von Wasserabschnitten 20. Beispielsweise kann diese Wellenlänge zwischen 800 und 1000 nm liegen, ohne daß dies als Beschränkung aufzufassen ist.

Demzufolge führt der Durchtritt eines der Flüssigkeitsabschnitte 20 in der Leitung 16 zwischen den Öffnungen und 40 zu der übertragung einer Hauptmenge an der Infrarotenergie aus der Quelle 27 durch Leitung 16 und den Flüssigkeitsabschnitt 20 sowie zum Auftreffen dieser Energie auf die aktive Oberfläche 30 von Detektor 28, wobei verhältnismäßig wenig Energie aufgrund von Brechnung und bzw. oder Absorption verloren geht, wie in Fig. 2A erläutert. Dies führt wiederum zur Ausgabe eines Signals Vl von verhältnismäßig hoher Amplitude durch Detektor 28, wie in Fig. 3 gezeigt. Zur Eichung des Signalerzeugers 12 wird die Amplitude des Signals Vl, die durch den Detektor 28 ausgegeben wird, wenn lediglich Wasser durch. Leitung 16

030Ü39/0791

strömt, als Bezugswert verwendet, gegen den die Amplitude des Signals Vl verglichen wird, wenn eine andere Flüssigkeit oder ein anderes Fluid allein durch Leitung 16 hindurchströmt; jegliche bedeutende Abweichungen dazwischen werden praktisch eliminiert, indem man die zentrale Infrarotenergiestrahlungswellenlänge von Quelle 26 und bzw. andere in Betracht kommende Betriebseigenschaften des Signalerzeugers 12 in geeigneter Weise derart einstellt, daß eine allgemeine Koinzidenz zwischen den Amplituden von Signal Vl sichergestellt wird, unabhängig davon, ob der Flüssigkeitsabschnitt, der durch den Signalerzeuger hindurchströmt, aus Wasser, Blutserum und bzw. oder Reagenz besteht.

Umgekehrt wird, wenn ein Luftabschnitt 22 durch Leitung 16 zwischen den Öffnungen 38 und 40 hindurchtritt, ein beträchtlicher Anteil der Infrarotenergie, die von Quelle 26 abgestrahlt wird, gebrochen oder abgebeugt, was auf die relativen Infrarotbrechungsindices von Luft und Polytetrafluorethylen zurückzuführen ist, wodurch eine wesentlich geringere Menge an Infrarotenergie auf die aktive Oberfläche 30 des Detektors 28 auftrifft, wie in Fig. 2B dargestellt, wodurch durch den Detektor ein Signal Va von verhältnismäßig geringer Amplitude ausgegeben wird, wie wiederum in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Abschnitt 24 aus Markierungsflüssigkeit kann aus jeder Substanz bestehen, die bei der zentralen Wellenlänge, die für die Infrarotquelle 26 gewählt worden ist, nicht nur unwesentlich Infrarotenergie absorbiert. Beispielsweise hat sich eine Lösung aus Kupferchlorid als besonders geeignet für eine Verwendung als Markierungsflüssigkeit erwiesen. Da die Infrarotenergieabsorption einer derartigen Lösung stark konzentrationsabhängig ist, führt die Wahl einer geeigneten Konzentration für die Markierungsflüssigkeitslösung zur Ausgabe eines Signals Vm durch den Detektor 28, das kleiner ist als das Signal Vl, jedoch größer als das

030039/0791

Signal Va, oder eines Signals Vm, das kleiner ist als das Signal Va, wenn ein Abschnitt 24 aus Markierungsflüssigkeit zwischen den Öffnungen 38 und 40 hindurchtritt.

Demzufolge führt die Strömung des segmentierten Flüssigkeitsstroms 18 in der angegebenen Richtung durch Leitung 16 und Signalerzeuger 12 zur Ausgabe eines Signals V durch den Detektor 28, das allgemein die in Fig. 3 bei 50 angegebene ¥ellenform aufweist. Insbesondere werden die Signale Vl und Va vom Detektor 28 zugleich mit dem Durchtritt von Flüssigkeitsabschnitten 20 und Luftabschnitten durch den Signalerzeuger 12 ausgegeben. Außerdem führt der Durchtritt von Markierungsflüssigkeitsabschnitten 24 durch den Signalerzeuger 12 zur Ausgabe eines Signals Vm durch den Detektor 28, das, wie gezeigt, je nach der Konzentration der Markierungsflüssigkeit eine größere oder kleinere Amplitude als das Signal Va haben kann, jedoch leicht von den Signalen Vl und Va unterscheidbar ist.

Schwellwertsignale, die in die logische Signalvergleichsschaltung 44 eingegeben werden, sind in gestrichelten Linien als TH1, TH2 und TH3 in Fig. 3 angegeben und zur Klarheit der Beschreibung der Welle 50 überlagert. Das Schwellwertsignal TH1 wird so festgesetzt, daß es kleiner als die Signale Vl und größer als die Signale Va sowie die größeren Vm-Signale ist (vorausgesetzt, daß ein Abschnitt 24 aus flüssiger Markierung mit verhältnismäßig niedriger Konzentration verwendet wird). Das Schwellwertsignal TH2 wird so festgesetzt, das es kleiner als die größeren Vm-Signale und größer als die Signale Va ist. Das Schwellwertsignal TH3 wird so festgesetzt, daß es kleiner als sämtliche anderen Signale ist.

Unter den obigen Bedingungen führt die gleichzeitige Eingabe der entsprechenden Detektorsignale V und der Schwellwertsignale TH1, TH2 und TH3 in die logische Signal-

030039/07^91

- 19 - 300SS35

vergleichsschaltung 44 zu der Möglichkeit, genau und verläßlich zwischen den Abschnitten aus Luft, Blutserum und bzw. oder Reagenz und Markierungsflüssigkeit, die durch Leitung 16 hindurch wandern, in einer auf ein Eindringen in den Strom vollständig vermeidenden Weise zu unterscheiden. Insbesondere gibt die logische Vergleichsschaltung in jedem Falle, in dem die Höhe des Ausgangssignals V den Wert des Schwellwertsignals TH1 überschreitet, ein Signal an den Zähler 46 aus, das den Durchtritt eines Blutserum- und bzw. oder Reagenzflüssigkeitsabschnittes 20 durch den Detektor 12 anzeigt. Alternativ gibt die logische Schaltung 44 in jedem Falle, in dem der Wert des Signals V größer als das Schwellwertsignal TH2, jedoch kleiner als das Schwellwertsignal TH1 ist, ein Signal an den Zähler aus, das den Durchtritt eines Abschnitts 24 aus Markierungsflüssigkeit durch den Detektor 12 anzeigt. Weiter gibt die logische Schaltung 44 in jedem Falle, in dem der Wert des Signals V kleiner ist als der des Schwellwertsignals TH2, ein Signal an den Zähler 46 aus, das den Durchtritt eines Luftabschnittes 22 durch den Detektor 12 anzeigt. Außerdem zeigt die Wellenform 50 in Fig. 3, daß Beginn und Beendigung des Durchtritts eines Luftabschnittes 22 durch den Detektor 12 genau durch Beginn und Beendigung des Ausgabesignals Va des Detektors 28 angezeigt werden.

Die logische Signalvergleichsschaltung 44 wird jedoch so eingestellt, daß sie auf die Signale des raschen Übergangs zwischen verschiedenen Werten nicht anspricht. Sie erzeugt lediglich ein Ausgangssignal, wenn das Signal V langer dauert als die kürzeste zu erwartende Dauer von beispielsweise Signal Va.

Dementsprechend liefert das erfindungsgemäße System eine genaue Erfassung jeder Phasengrenze zwischen einem Luft- und einem Flüssigkeitsabschnitt und weiterhin eine genaue Zählung und genaue Differenzierung zwischen den

030 0 3 9/0791

entsprechenden Flüssigkeits- und Luftabschnitten des segmentierten Stroms, der durch Leitung 16 strömt. Außerdem liefert die Einverleibung eines oder mehrerer Abschnitte mit Markierungsflüssigkeit in einen derartigen segmentierten Strom Bezugspunkte, von denen aus die Zählung begonnen oder bei denen sie beendet werden kann. Auf diese Weise ist leicht einzusehen, daß die Eingabe der entsprechenden Ausgangssignale aus der logischen Signalvergleichsschaltung 44 und dem Zähler 46 in die Durchflußsteuerschaltung 47 das System dazu befähigt, die Anordnung des segmentierten Flüssigkeitsstroms 18 hinsichtlich der Abschnittszahl und ihrer Folge genau zu überwachen, zu synchronisieren und zu steuern.

Die das Eindringen in den Strom vermeidende, genaue Bestimmung der entsprechenden Volumina der Flüssigkeitsabschnitte 20 des segmentierten Flüssigkeitsstroms 18 wird durch die Anordnung gemäß Fig. 4 bis 8 erzielt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, besteht die Anordnung aus zwei im Verhältnis zur Leitung 16 im Abstand voneinander angeordneten Signalerzeugern 12A und 12B, so daß die entsprechenden Öffnungen 38A, 4OA und 38B, 4OB um eine bestimmte Entfernung D voneinander beabstandet sind. Die Bestimmung des Volumens der Flüssigkeitsabschnitte beruht auf der genauen Messung der Zeitdauer TA, die für den Durchtritt eines gesamten Flüssigkeitsabschnittes 2OA in Leitung 16 zwischen den fluchtend angeordneten Öffnungen 38A und 4OA des Signalerzeugers 12A erforderlich ist, sowie auf der genauen Messung der Zeitdauer TD, die für den Durchtritt des vorderen Endes des Flüssigkeitsabschnittes 2OA zwischen den Öffnungen 38A und 4OA des Signalerzeugers 12A und den Öffnungen 38B und 40B des Signalerzeugers 12B erforderlich ist. Da die Zeitdauer TA dem Volumen des Flüssigkeitsabschnittes 2OA direkt und der Strömungsgeschwindigkeit längs Leitung 16 umgekehrt proportional und die Zeitdauer TD lediglich der Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional

030039/0791

ist, wird der Faktor der Strömungsgeschwindigkeit des Abschnittes aus den erforderlichen Berechnungen wirkungsvoll eliminiert, indem man lediglich das Verhältnis der Zeit TA zur Zeit TD als Berechnungsgrundlage nimmt, wie weiter unten beschrieben.

Die Signalverarbeitungseinrichtung' zur Bestimmung des Volumens der Flüssigkeitsabschnitte besteht aus einem Verstärker 56 und einer logischen Signalvergleichsschaltung 58, denen das Signal V vom Detektor 28A eingegeben wird, sowie außerdem aus dem Verstärker 50 und der logischen Signalvergleichsschaltung 62, denen das Signal V aus dem Detektor 28B eingegeben wird. Schwellwertsignale TH1 werden ebenfalls den logischen Signalvergleichsschaltungen 58 und 62 eingegeben. Da lediglich solche Detektorausgangssignale, die vom Durchtritt von Flüssigkeitsabschnitten 20 durch die entsprechenden Signalerzeuger 12A und 12B für die Volumenbestimmung von Flüssigkeitsabschnitten, die von den Markierungsabschnitten abweichen, relevant sind, besteht keine Notwendigkeit für die Verwendung von Schwellwertsignalen TH2 und TH3. Die Signale TH2 und TH3 sind daher nicht erforderlich, wenn das Volumen des Markierungsabschnittes 28 nicht bestimmt werden soll. Jedoch sind in dem allgemeinen Fall, in dem das Volumen sämtlicher unterschiedlicher Flüssigkeitsabschnitte bestimmten werden soll, alle drei Schwellwertsignale erforderlich. Die Signale aus den logischen Signalvergleichsschaltungen 58 und 62 werden gleichzeitig in die logische Datenverarbeitungsschaltung eingegeben, während deren Ausgang der logischen Segmentvolumenrechenschaltung 66 zur Berechnung der Volumina der Abschnitte eingegeben wird, wie weiter unten beschrieben wird. Die Durchflußsteuerschaltung 67 ist in Abhängigkeit von den ihr eingegebenen Signalen betreibbar, wie das von der logischen Segmentvolumenrechenschaltung 66 aus dargestellt ist, um die entsprechenden Volumina der Abschnitte des segmentierten Fluidstroms 18 zu steuern und ein geeig-

030039/0791

netes Alarmsignal zu erzeugen, wenn eine vorbestimmte Abweichung zwischen dem tatsächlichen und dem gewünschten Abschnittsvolumen festgestellt wird.

Die entsprechenden Signalausgänge der Signalerzeuger 12A und 12B und der logischen Signalvergleichsschaltungen 58 und 62 sind in den Fig. 5A und 5B gegen dieselbe Zeitachse aufgetragen. Insbesondere erläutert die Wellenform 70 in Fig. 5A die Signale Vl aus dem Detektor 28A, die den Durchtritt der Flüssigkeitsabschnitte 20 zwischen den Öffnungen 38A und 40A begleiten, sowie die Signale Va, die den Durchtritt der Luftabschnitte 22 zwischen diesen Öffnungen begleiten. Das Schwellwertsignal TH1 ist in gestrichelter Linie der Welle 70 überlagert. Die gleichzeitige Eingabe der Welle 70 und des Schwellwertsignals TH1 in die logische Signalvergleichsschaltung 58 führt zur Ausgabe der Signale Vc aus dieser Schaltung, die die in Fig. 5A mit 72 bezeichnete Wellenform aufweisen. Ein Vergleich der Wellen 70 und 72 von Fig. 5A zeigt, daß die Durchlaufzeit TA eines Flüssigkeitsabschnittes 20 durch den Signalerzeuger 12A genau durch die Zeitdauer des spezifisch identifizierten Signalimpulses Vca bestimmt ist, wie er von der Signalvergleichsschaltung 58 ausgegeben wird. Beginn und Beendigung des Signals Vca fallen genau mit dem Durchtritt des vorderen bzw. hinteren Endes dieses Flüssigkeitsabschnittes zwischen den Öffnungen 358A und 4OA des Signalgenerators 12 zusammen. Die Wellenform 74 von Fig. 5B zeigt Signale Vl, die vom Detektor 28B ausgegeben worden sind und die den Durchtritt der Flüssigkeitsabschnitte 20 zwischen den Öffnungen 38B und 40B begleiten, sowie die Signale Va, die den Durchtritt von Luftabschnitten 22 zwischen diesen Öffnungen begleiten. Das Schwellwertsignal TH1 ist in gestrichelter Form auf die Welle 74 überlagert. Die gleichzeitige Eingabe der Welle 74 und des Schwellwertsignals TH1 in die logische Signalvergleichsschaltung 62 führt zur Ausgabe der Signale Vc durch diese Vergleichsschaltung, die die mit 76 in Fig. 5B be-

030039/0791
ORIGINAL INSPECTED

zeichnete Wellenform aufweisen. Wiederum erläutern die Wellen 74 und 76, daß die Durchlaufzeit TA eines Flüssigkeitsabschnittes 2OA durch den Signalerzeuger 12B genau durch die Zeitdauer des spezifisch identifizierten Signalimpulses Vcb bestimmt ist, wie er von der logischen Signalvergleichsschaltung 62 ausgegeben ist. Außerdem läßt der Vergleich der Wellenform 72 und 76 gemäß Fig. 5A und 5B klar erkennen, daß die Zeitdauer TD1, die das vordere Ende des Flüssigkeitsabschnittes 20 benötigt, um die Entfernung D gemäß Fig. 4 zwischen den Signalerzeugern 12A und 12B zu durchlaufen, sowie die Zeitdauer TD2, die das hintere Ende des Flüssigkeitsabschnittes benötigt, um die gleiche Entfernung D zu durchlaufen, jeweils genau bestimmt sind.

Eine genaue Bestimmung der entsprechenden Volumina der Flüssigkeitsabschnitte 20 wird durch die logische Datenverarbeitungsschaltung 64 und die logische Segmentvolumenrechenschaltung 66 gemäß den folgenden Gleichungen bewirkt. Zur Erläuterung der Ausdrücke in diesen Gleichungen wird in diesem Zusammenhang auf die Fig. 6 und 7 verwiesen.

Nimmt man im einzelnen zunächst die Situation als gegeben an, bei der die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsabschnittes 20 während des Meßintervalls zwischen den Signalerzeugern 12A und 12B konstant ist, gilt folgendes:

Gleichung 1. TA=(L1-L2)/SV und Gleichung 2. L1=VL/KB und L2=KA/KB,

Vl = Volumen des Flüssigkeitsabschnittes, L1 = Länge des Flüssigkeitsabschnittes, L2 = Länge der optischen Öffnung, KB = Querschnitt von Leitung 16, VA = Volumen des Luftabschnittes,

030039/0791

KA = effektives Volumen der optischen Öffnung und SV = Geschwindigkeit des Flüssigkeitsabschnittes in Leitung 16.

Einsetzen der Ausdrücke in Gleichung 1 führt zu:

Gleichung 3. TA=(VL/KB - KA/KB)/SV = (VL-KA)/(KBxSV);

außerdem gilt
Gleichung 4. TD1 = D/SV.

Dividiert man Gleichung 3 durch Gleichung 4 , so erhält man

Gleichung 5. TA/TD1=(VL-KA)/(KBxD)=(VL-KA)/KC, worin

KC = Volumen der Leitung 16 zwischen den entsprechenden Signalerzeugern 12A und 12B.

Die Auflösung von Gleichung 5 nach dem Flüssigkeitsabschnittsvolumen VL führt zu:

Gleichung 6. VL=KC χ (TA/TD1) + KA.

Da sowohl KA als auch KC Konstanten sind, die durch entsprechende Eichung oder physikalische Messung genau bestimmt werden, läßt sich das Volumen VL des in Rede stehenden Flüssigkeitsabschnittes leicht von der logischen Segmentvolumenrechenschaltung 66 durch Bestimmung der entsprechenden Werte für die Zeiten TA und TD1 gemäß Fig. 5A und 5B mit der logischen Datenverarbeitungsschaltung 64 bestimmen.

Demzufolge sind zwei unabhängige Messungen TA und TD1 erforderlich. Die Messung von TD1 ist notwendig, um die Auswirkungen der Geschwindigkeit bei der Berechnung zu eliminieren. Wie sich aus Gleichung 3 ergibt, repräsentiert die Messung von TA die Zeit, die ein Flüssigkeitsabschnitt benötigt, um das erste Paar Öffnungen zu passieren, und ist dem Volumen eines derartigen Abschnittes VL direkt und der Geschwindigkeit umgekehrt proportional. Um den Flüssigkeitsab-

03C039/079 1

- ²⁵ - 3009635

schnitt VL unabhängig von der Geschwindigkeit zu bestimmen, wird eine unabhängige Geschwindigkeitsmessung durchgeführt, indem man die Zeit TD1 mißt, die der Abschnitt oder das Segment benötigt, um sich eine bestimmte Entfernung D fortzubewegen, was zur Bestimmung von SV gemäß Gleichung 4 führt. Bildet man das Verhältnis zwischen den Gleichungen 3 und 4 , so wird der Geschwindigkeitsausdruck aus der Endberechnung für das Volumen der Flüssigkeitsprobe eliminiert, wie in Gleichung 6 dargestellt.

In bestimmten Fällen kann sich die Geschwindigkeit SV des Flüssigkeitsabschnittes in Leitung 16 während des Meßintervalls für die Abschnittsgeschwindigkeit ändern, beispielsweise zufolge der Einführung zusätzlicher Fluide in den segmentierten Strom 18 oberhalb und bzw. oder unterhalb der Signalerzeuger 12A und 12B in die Leitung 16 während des Durchtrittes eines derartigen Flüssigkeitsabschnittes zwischen den Signalerzeugern. In einem derartigen Fall kann die Geschwindigkeit SV des Flüssigkeitsabschnittes während des Zeitintervalls TA von der während des Zeitintervalls TD1 differieren. Daher kann die Bestimmung des Volumens VL des Flüssigkeitsabschnittes durch die logische Segmentvolumenrechenschaltung 66 in strenger Anwendung von Gleichung 6 zu einem Fehler führen, dessen Größe von der Zeitmessung und dem Ausmaß der Abweichungen in der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsabschnittes abhängt. Das Herabdrücken dieses Fehlers auf ein Minimum ist möglich, indem man das Zeitintervall TD2 gemäß Fig. 5B sowie geeignete Gewichtungsfaktoren verwendet, um einen genaueren Ausdruck für das durchschnittliche Zeitintervall zum Einsetzen in Gleichung 6 zu erhalten.

Im einzelnen wird dieser genauere Ausdruck TDA für das durchschnittliche Zeitintervall wie folgt bestimmt:

030039/0791

Gleichung 7. TDA=RIXTD1 + R2xTD2, worin

R1 und R2 Gewichtungsfaktoren darstellen, die von dem jeweiligen Verhältnis von TD1 und TD2 zu TA abhängen.

Ersatz des Ausdrucks TD1 in Gleichung 6 für das Zeitintervall durch den Ausdruck TDA für das mittlere Zeitintervall führt zu folgender

Gleichung 8. VL=KC x (TA/IDA) +KA.

Alternativ kann die Genauigkeit für die Bestimmung des Volumens des Flüssigkeitsabschnittes bei nicht konstanter Geschwindigkeit SV für das Flüssigkeitssegment während der Messung erzielt werden, indem man mehrere Paare von Signalerzeugern 12 verwendet, die in unterschiedlichen Entfernungen längs Leitung 16 angeordnet sind, so daß eine der Entfernungen oder Abstände D für jede Strömungsbedingung, die in der Leitung 16 existiert, am geeignetsten ist, wie in schematischer Form in Fig. 8 dargestellt. Trotz der Geschwindigkeitsänderungen während des Meßintervalls entstehen keine Fehler, wenn das Zeitintervall TA im wesentlichen dem Zeitintervall TD1 gleichgemacht wird, da die Messungen von sowohl TA als auch TD1 in gleicher Weise jeglichen vorübergehenden Geschwindigkeitseffekten unterliegen, da beide Messungen über das gleiche Zeitintervall hin erfolgen. Unter diesen Umständen wird eine logische Ausgangssignalvergleichsschaltung 80 vorgesehen, um die Signale TA und TD1, die von den entsprechenden logischen Datenverarbeitungsschaltungen 64 jedes Paares der Signalerzeuger 12A und 12B ausgegeben werden, zu vergleichen, und festzustellen, welches der genannten Paare Signale TA und TD1 ausgibt, die am meisten annähernd gleich sind, wodurch die am besten annähernd konstante Geschwindigkeit SV des Flüssigkeitsabschnittes zwischen diesem Paar angezeigt wird. Die Signale TA sind natürlich dem Volumen VL des Flüssigkeitsabschnittes direkt und der Geschwindigkeit

030039/0791

" ²⁷ " 300SS:5

SV des Flüssigkeitsabschnittes umgekehrt proportional, während die Signale TD1 lediglich der Geschwindigkeit SV des Flüssigkeitsabschnittes proportional sind. In einem solchen Fall wurden die am besten annähernd gleichen Signale TA und TD1, wie angegeben, aus der logischen Ausgangssignalvergleichsschaltung 80 aus- und der logischen Segmentvolumenrechenschaltung 66 zur Bestimmung des Abschnittsvolumens bzw. Segmentvolumens eingegeben.

Als weitere Möglichkeit zur genauen Bestimmung des Volumens der Flüssigkeitsabschnitte in Fällen, in denen die Geschwindigkeit SV der Flüssigkeitsabschnitte längs der Leitung 16 nicht konstant ist, kann ein einziges Paar Signalerzeuger 12 verwendet werden, wie in Fig. 4 dargestellt, das jedoch hinsichtlich der Leitung 16 so weit stromabwärts wie durchführbar angeordnet ist, so daß die Wirkungen von vorübergehenden Geschwindigkeitsänderungen in dem segmentierten Flüssigkeitsstrom 18 an einer derartigen Stelle auf ein Minimum herabgedrückt werden.

Nach dem Vorstehenden sollte klargeworden sein, daß die Bestimmung des Volumens flüssiger Abschnitte mit hoher Genauigkeit trotz Änderungen der Geschwindigkeit SV der Flüssigkeitsabschnitte während des Meßintervalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Bestimmung von lediglich den Werten für TA, TD1 und TD2 gemäß Fig. 5A und 5B durch die logische Datenverarbeitungsschaltung 64 gemäß den angegebenen Zielen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung möglich ist.

Ein repräsentatives Anwendungsbeispiel für das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung auf die Bestimmung der Gas/Flüssigkeits-Phasengrenzen und der Flüssigkeits- und Gasabschnitte sowie die gleichzeitige Bestimmung der Volumina der Flüssigkeitsabschnitte eines segmentierten Fluidstroms 18, ohne daß in den Strom einge-

030039/0791

INSPECTED

griffen wird, ist schematisch in Fig. 9 dargestellt und umfaßt die Anordnung von voneinander beabstandeten Signalerzeugern 12A und 12B an Leitung 16, das Eingeben der Signale aus dem Signalerzeuger 12A in SignalVerarbeitungseinrichtungen 14 zur Bestimmung der Phasengrenze und der Abschnitte, wie im einzelnen oben beschrieben, sowie die Eingabe der Signale aus den Signalerzeugern 12A und 12B in eine Verarbeitungsexnrichtung 82 für Signale zur Bestimmung des Abschnittsvolumens, wie ebenfalls im einzelnen oben beschrieben. In diesem Falle führt natürlich die gleichzeitige Eingabe der Signale für die Phasengrenze, die Abschnitte und die Abschnittsvolumina aus den Signalverarbeitungseinrichtungen 14 und 82, wie beschrieben, in die Durchflußsteuerschaltung 67 zu einer genauen Erfassung, Synchronisierung und Steuerung des segmentierten Fluidstroms 18 hinsichtlich der Art der Abschnitte sowie ihrer Folge und ihres "Volumens mit bedeutendem Vorteil.

030 0 39·/0-79 1

Claims

Pcrfenicmwälie Heichel u. Reichel 9582 6 Frankfurt a. M. 1 Parkslraße 13 TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y. VStA Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erfassung der Abschnitte und der entsprechenden Abschnittsphasengrenzen eines kontinuierlichen Fluidstroms, der alternierende Fluidabschnitte enthält, die in einer optisch transparenten Leitung geführt werden, wobei die Fluidabschnitte unterschiedliche Strahlungsenergieextinktionen und bzw. oder -brechungseigenschaften aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsenergiequelle (26) außerhalb der Leitung (16) angeordnet und zur Bestrahlung der Leitung und des strömenden Fluidstroms (18) betreibbar ist, daß ein Strahlungsenergiedetektor (28) außerhalb der Leitung (16) angeordnet und zur Erfassung der Strahlungsenergie aus der Strahlungsquelle (26) betreibbar ist, die durch die Leitung (16) und den Fluidstrom (18) hindurchgelangt ist, und der ein dafür kennzeichnendes Signal (V) ausgibt, und daß Mittel (42, 44, 46, 47) zur Verarbeitung der Ausgabesignale vorgesehen sind, um die Fluidabschnitte. oder Fluidsegmente (20, 22, 24) bzw. die Phasengrenzen zwischen den Abschnitten anzugeben, wobei die Fluidabschnitte Flüssigkeitsabschnitte enthalten und das Spektrum der Strahlungsenergie im allgemeinen außerhalb des Strahlungsenergieabsorptionsbereiches der Flüssigkeiten liegt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidabschnitte einen Abschnitt (24) aus Markierungsflüssigkeit umfassen und daß das Spektrum der Strahlungsenergie im allgemeinen innerhalb des Strahlungsenergieabsorptionsbereiches der Markierungsflüssigkeit liegt,

030039/0791

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeic h η e t , daß die Fluidabschnitte Luftabschnitte (22) umfassen. .

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie Infrarotenergie ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum der Infrarotenergie um eine Wellenlänge zwischen 800 und 1000 nm gruppiert ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidabschnitte Abschnitte (20) aus Blutserum und bzw. oder Reagenz, Wasserabschnitte (20) und Luftabschnitte (22) umfassen.

7. Vorrichtung zur Bestimmung der Volumina von Flüssigkeitsabschnitten eines kontinuierlichen Fluidstroms aus alternierenden Flüssigkeits- und anderen Fluidabschnitten, die in einer optisch transparenten Leitung strömen, wobei die Flüssigkeitsabschnitte unterschiedliche Strahlungsenergieextinktionen und bzw. oder -brechungseigenschaften aufweisen als die anderen Fluidabschnitte,

dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsenergiequellen (26A, 26) außerhalb der Leitung (16) angeordnet und zur Bestrahlung der Leitung und des strömenden Fluidstroms (18) an im Abstand voneinander vorgesehenen Stellen (12A, 12B) längs der Leitung betreibbar sind, daß Strahlungsenergiedetektoren (28A, 28B) außerhalb der·Leitung (16) angeordnet und zur Erfassung der Strahlungsenergie aus den Energiequellen, die durch die Leitung und den Fluidstrom an den beabstandeten Stellen hindurchgelangt, sowie zur Ausgabe von Signalen (V), die dafür kennzeichnend sind, betreibbar sind, und daß Mittel (50, 56; 58, 62; 64,

030039/0791

66, 67, 82) zur Verarbeitung der Ausgangssignale zur Bestimmung der Volumina der Flüssigkeitsabschnitte (20, 24) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergiequellen erste und zweite Energiequellen (26a, 26b) umfassen, die an den voneinander beabstandeten Stellen (12A, 12B) längs der Leitung (16) und an einer Seite davon angeordnet sind, und daß die Strahlungsenergiedetektoren erste und zweite Detektoren (28A, 28B) umfassen, die an der entgegengesetzten Seite der Leitung (16) an den voneinander beabstandeten Stellen (12A, 12B) optisch fluchtend mit den ersten und zweiten Strahlungsenergiequellen angeordnet sind.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spektralbereich der Strahlungsenergie im allgemeinen außerhalb des Strahlungsenergieabsorptionsbereichs der Flüssigkeiten liegt.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidabschnitte Luftabschnitte (22) umfassen.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie Infrarotenergie ist.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die SignalVerarbeitungsmittel Mittel zur Bestimmung der Zeit umfassen, die einer der Flüssigkeitsabschnitte (20, 24) benötigt, um in der Leitung (16) an einer der Stellen (12A, 12B) vorbei zu strömen, und zur Bestimmung der Zeit, die das vordere Ende desselben Flüssigkeitsabschnittes (20, 24) benötigt, um in der Leitung (16) zwischen den Stellen entlang zu strömen, umfassen. Q2::^9/0791

INSPECTED

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spektralbereich der Infrarotenergie um eine Wellenlänge zwischen 800 und 1000 nm gruppiert ist.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel außerdem Mittel zur Bestimmung der Zeit umfassen, die das hintere Ende eines der Flüssigkeitsabschnitte (20, 24) benötigt, um in der Leitung (16) zwischen den Stellen (12A, 12B) entlang zu strömen.

15. Verfahren zum Erfassen der Abschnitte und der entsprechenden Abschnittsphasengrenzen eines kontinuierlichen Fluidstroms aus alternierenden Fluidabschnitten, die in einer optisch transparenten Leitung strömen und die unterschiedliche Strahlungsenergieextinktionen und bzw. oder -brechungseigenschaften aufweisen und die Flüssigkeitsabschnitte enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Leitung und den strömenden Fluidstrom mit Strahlungsenergie bestrahlt, die einen Spektralbereich umfaßt, der im allgemeinen außerhalb des Strahlungsenergieabsorptionsbereiches der Flüssigkeitsabschnitte liegt, daß man die Strahlungsenergie, die durch die Leitung und den Fluidstrom hindurchgelangt, erfaßt und ein dafür kennzeichnendes Signal erzeugt und das Signal zur Erfassung der Fluidabschnitte bzw. der Phasengrenzen zwischen den Abschnitten verarbeitet.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15₅
dadurch gekennzeichnet, daß man derartige Fluidabschnitte verwendet, die einen Abschnitt aus einer Markierungsflüssigkeit umfassen, wobei der Spektralbereich der Strahlungsenergie im allgemeinen innerhalb des Strahlungsenergieabsorptionsbereiches der Markierungsflüssigkeit liegt.

030039/0791

17. Verfahren gemäß Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,

daß man die Leitung und den Fluidstrom mit Infrarotenergie
bestrahlt.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß man die Leitung und den Fluidstrom mit Infrarotenergie
eines Spektralbereiches bestrahlt, der um einen Wellenlängenbereich zwischen 800 und 1000 nm gruppiert ist.

19. Verfahren zur Bestimmung der Volumina der Flüssigkeitsabschnitte in einem kontinuierlichen Fluidstrom aus alternierenden Flüssigkeits- und anderen Fluidabschnitten, die in einer optisch transparenten Leitung strömen, wobei die Flüssigkeitsabschnitte unterschiedliche Strahlungs energi eexteniktionen und bzw. oder -brechungseigenschaften als die anderen Fluidabschnitte aufweisen,

dadurch gekennzeichnet,
daß man die Leitung und den strömenden Fluidstrom an voneinander beabstandeten Stellen längs der Leitung mit Strahlungsenergie bestrahlt, die einen Spektralbereich umfaßt, der im allgemeinen außerhalb des Strahlungsenergieabsorptionsbereiches der Flüssigkeitsabschnitte liegt, daß man die bestrahlende Strahlungsenergie, die durch die Leitung und den strömenden Fluidstrom an den voneinander beabstandeten Stellen
hindurchgelangt, erfaßt und dafür kennzeichnende Signale erzeugt und daß man die Signale zur Bestimmung des Volumens
der Flüssigkeitsabschnitte weiterverarbeitet.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,

daß man die Bestrahlung der Leitung und des strömenden Fluidstroms mit Infrarotenergie vornimmt.

030039/0791

21. Verfahren gemäß Anspruch 19,
dadurch. gekennzeichnet, daß man bei der Verarbeitung der Signale die Bestimmung der Zeit vornimmt, die einer der Flüssigkeitsabschnitte benötigt, um in der Leitung an einer der Stellen vorbeizuströmen, sowie der Zeit, die das Vorderende desselben Flüssigkextssegments benötigt, um in der Leitung zwischen den voneinander beabstandeten Stellen entlang zu strömen.

22. Verfahren gemäß Anspruch 20 _f
dadurch. gekennzeichnet, daß man die Leitung und den strömenden Fluidstrom mit Infrarotenergie eines Spektralbereiches, der um einen Wellenlängenbereich, zwischen 800 und 1000 im gruppiert ist, bestrahlt.

23. Verfahren gemäß Anspruch 21,
dadurch. gekennzeichnet, daß man beim Verarbeiten der Signale die Zeit bestimmt, die das Hinterende desselben Flüssigkeitsabschnittes benötigt, um in der Leitung zwischen den voneinander beabstandten Stellen entlang zu strömen.

24. Vorrichtung zur Erfassung der Abschnitte und der Phasengrenzen zwischen den Abschnitten sowie zur Bestimmung der Volumina der Flüssigkeitsabschnitte eines kontinuierlichen Fluidstroms aus alternierenden Flüssigkeits- und anderen Fluidabschnitten, die in einer optisch transparenten Leitung entlangströmen, wobei die Flüssigkeitsabschnitte unterschiedliche Strahlungsenergieextinktionen und bzw. oder Brechungseigenschaften aufweisen als die anderen Fluidabschnitte, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsenergiequellen (26) außerhalb der Leitung (16) angeordnet und zur Bestrahlung der Leitung und des in ihr strömenden Fluidstroms (18) an voneinander beabstandten Stellen (12A, 12b) längs der Leitung betreibbar sind, daß Strahlungsenergiedetektoren (28) außerhalb der Leitung angeordnet und zur Erfassung der Strahlungsenergie aus den Strah-

030039/0791

lungsquellen (26), die durch die Leitung £16) und den strömenden Fluidstrom (18) an den voneinander beabstandten Stellen (12A, 12B) hindurchgelangt ist, sowie zur Ausgabe von dafür kennzeichnenden Signalen (V) betreibbar sind, und daß Mittel zur Verarbeitung der Ausgangssignale zur Erfassung der Abschnitte (20, 22, 24) bzw. der Phasengrenzen zwischen den Abschnitten sowie Mittel (50, 56; 58, 62; 64, 66, 67, 82) zur Verarbeitung der Ausgangssignale vorgesehen sind, um die Volumina der Plüssigkeitsabschnitte (20, 24) zu bestimmen.

25. Verfahren zur Erfassung der Abschnitte und Phasengrenzen zwischen den Abschnitten sowie zur Bestimmung der Volumina der Plüssigkeitsabschnitte eines kontinuierlichen Fluidstromes aus alternierenden Flüssigkeits- und anderen Fluidabschnitten, die in einer optisch transparenten Leitung strömen, wobei die Plüssigkeitsabschnitte unterschiedliche Strahlungsenergieextinktionen und bzw. oder -brechungseigenschaften als die anderen Fluidabschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Leitung und den strömenden Fluidstrom mit Strahlungsenergie an voneinander beabstandten Stellen längs der Leitung bestrahlt, daß man die Strahlungsenergie, die durch die Leitung und den strömenden Fluidstrom an den beabstandeten Stellen hindurchgelangt ist, erfaßt und dafür kennzeichnende Signale erzeugt und daß man die Signale zur Erfassung der Abschnitte und Phasengrenzen zwischen den Abschnitten sowie zur Bestimmung der Volumina der Flüssigkeitsabschnitte verarbeitet.

030Ü39/0791

26. Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines diskreten Flüssigkeitsabschnittes, der in einer Leitung in einem kontinuierlichen Strom strömt und in dem Strom zwischen zwei anderen Fluidabschnitten angeordnet ist, von denen jedes eine Phasengrenze mit dem Fluidabschnitt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß man eine erste Zeitdauer mißt, die eine der Phasengrenzen benötigt, um zwischen zwei voneinander beabstandeten Stellen der Leitung entlang zu strömen, daß man eine zweite Zeitdauer mißt, die der Fluidabschnitt benötigt, um zwischen den voneinander beabstandeten Stellen entlang zu strömen, und daß man die erste und zweite Zeitdauer zur Bestimmung des Volumens des Fluidabschnittes miteinander in Beziehung setzt.

030039/0791