Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бакалаврская работа

«Устройство для перемешивания медицинских препаратов с кварцевыми измерителями линейных ускорений в качестве чувствительных элементов»

Содержание пояснительной записки

Реферат

The abstract

Введение

1. Состояние вопроса в настоящее время. Краткий обзор существующих технических решений.

1.1 Доказательство необходимости разработки.

1.2 Анализ существующего уровня техники.

1.3 Анализ тенденций развития. Обзор патентной и научно-технической литературы.

2. Теоретическая часть.

2.1 Конструкция и принцип действия прибора

2.2 Математическая модель устройства

2.3 Математическая модель разделения частиц

3. Расчетно - конструкторская часть

3.1 Расчет основных параметров акселерометра.

3.1.1 Расчет маятниковости

3.1.2 Расчет момента инерции маятника

3.1.3 Расчет емкостного ДУ

3.2 Расчет основных параметров качающейся платформы.

3.2.1 Определение реакций в кинематических парах и движущего момента в механизме с учетом трения

3.2.2 Расчет кривошипно-шатунного механизма

3.2.3 Расчёт шагового двигателя

3.3 Расчёт фактора разделения

3.4 Построение графиков АЧХ и переходных процессов.

4. Исследовательская часть.

Заключение

Литература

Приложение

Реферат

В процессе дипломного проектирования были проведены работы по модернизации широкоскоростного прецизионного поворотного стенда КХ4.135.351, для возможности его использования в медицинских целей,:а именно:

Разработка пространственно колеблющейся платформы для установки ее на вращающуюся платформу стенда.

Было предложено в целях упрощения конструкции стенда замена его шести прецизионных кварцевых акселерометров типа КФБН 982128.003.СБ, на четыре кварцевых акселерометра тогоже типа.

Для возможности использования данной установки для целей центрифугирования был разработан пробиркодержатель устанавлеваемый на место качающейся платформы.

Язык пояснительной записки к дипломному проекту - русский, записка содержит листов текста, рисунков, таблиц, 11 листов А1 графического материала.

The abstract

During degree designing the activities on modernizing a widely fast-track precision rotary bench КХ4.135.351, for a capability of its use in the medical purposes, carried out, spent:

1. Development spatially of oscillating platform for the installation herit on a rotated platform of a bench.

2. The replacement it him of six precision quartz accelerometers such as КФБН982128.003СБ was offered with the purposes of simplification of a design of a bench. , on four quartz accelerometers of the same type.

3. For possibility of using of the given installation for the purposes of a centrifuging the medical bank header established on a place of a shaking platform designed.

Tongue of an explanatory slip to the degree project - Russian, the slip contains of sheets of the text, drawings, tables 11 sheets А1 of a graphic material.

Введение

В современных научно-исследовательских микробиологических лабораториях используются такие достижения техники, как электронный и люминисцентный микроскопы, инфракрасные спектрофотометры, встряхиватели, ультрацентрифуги и другие современные приборы. Вместе с тем в практическую микробиологию эти достижения входят чрезвычайно медленно.

Основные методы, применяемые в сегодняшней микробиологической практике, разработаны еще в прошлом веке . Подтверждением этому служит номенклотура аппаратов и приспособлений, широко используемых в современной микробиологической практике: печь Пастера, аппарат Коха, шпатели Дригальского, чашки Петри и др., вошедших в практику еще в конце Х\Х века.

Характерной тенденцией развития современных технических средств в лабораторной технике вообще и в микробиологии в частности является создание оснащения, позволяющегопроводить массовые анализы с наименьшей затратой труда.

Новым плодотворным направлением в батериологиии иммунололгии является применение физико-химических принципов исследования ферментативных процессов, вызываемых микроорганизмами.

Если проследить весь ход микробиологического анализа, то его условно можно разделить на два этапа а) вспомогательный и б) собственно микробиологический.

Вспомогательный процесс включает в себя мытье лабораторной посуды, ее сушку, приготовление и розлив питательных сред и другие подготовительные операции.

К собственно микробиологическому этапу относится взятие исследуемого материала и его посев на питательные среды, выделение чистой культуры микроба с последующей его идентификацией серологическими и биохимическими методами.

Большинство вспомогательных операций при микробиологических исследованиях весьма трудоемко.

Встряхивание и перемешивание - одна из частых процедур проводимых в биохимических лабораториях, благодаря которым осуществляется эмульгирование или суспендирование фаз или повышение градиента концентрации компонентов в течении химической реакции. Встряхивание и перемешивание преследуют одну и ту же цель, но отличаются по способу осуществления и интенсивности.

Под перемешиванием понимают такое движение жидкости, которое возникает внутри сосуда при его легком центробежном движении.

Под встряхиванием подразумевают энергичное движение всего сосуда с содержащейся в нем жидкостью. В биохимии различие в виде и интенсивности движения играет существенную роль. Так например, интесивное встряхивание нативного яичного белка приводит к образованию пены и к его денатурации. В то время как перемешивание к этим результатам не приводит.

Рассматриваемый прибор является универсальным. Он может использоваться также для целей центрифугирования .

Центрифугирование -- разделение грубо дисперсных систем, которые состоят из твёрдых и жидких компонентов с разными плотностями под действием центробежных сил. Этот метод применяется в биологии, медицине и технике и очень часто заменяет процессы фильтрования, отстаивания и отжимания.

Ультрацентрифугирование -- один из главных современных методов выделения и исследования белков, нуклеиновых кислот, вирусов и других биополимеров. В данном случае большая скорость вращения и оптимальный выбор размеров ротора центрифуги позволяет добиться оседания даже небольших молекул.

Данный метод даёт возможность получить изолированные клеточные структуры, такие как ядро, лизосома, рибосома и другие. Особенности этого метода в сочетании с электронно-микроскопическим изучением позволяют привязать те или иные биохимические процессы, которые совершаются в клетке, к определённым структурам и органоидам. Рассматриваемая в данном проекте установка позволяет проводить встряхивание и перемешивание исследуемых проб в медицинской таре. Центрифугирование позволяет провести разделение фракций что также необходимо в медицинской исследовательской деятельности. В некоторых случаях чрезвычайно важным является точная стабилизация задаваемой скорости, например для культивирования микроорганизмов. В данном проекте эта проблема решается использованием прецизионных кварцевых акселерометров.

1. Состояние вопроса в настоящее время. Краткий обзор существующих технических решений

1.1 Доказательство необходимости разработки

Необходимо разработать медицинское устройство для культивирования микробиологических культур, встряхивания медицинской тары, и центрифугирования на базе прецизионного одноосного стенда с кварцевыми измерителями линейных ускорений в качестве инерциальных чувствительных элементов.

Устройство должно иметь следующие технические характеристики:

Диапазон задания угловых скоростей: от 0,1 град/с до 3000 град/с.

Диапазон задания линейных ускорений: от 0.1 до 50 g.

Случайная составляющая в запуске по линейному ускорению, не зависящая от перегрузки: 310-6g линейность масштабного коэффициента 0.03 %

Потребляемая мощность канала измерения линейного ускорения: не более 1 Вт.

Масса прибора: не более 50 кг.

Параметры движения объекта: ,t, w, w=Bsint, максимальная задаваемая угловая скорость 1500 /с, измеряемые

ускорения - до 50g

Амплитуда колебаний встряхивателя 20 мм.

1.2 Анализ существующего уровня техники

Аппаратура для встряхивания и перемешивания

Отечественная промышленность выпускает магнитную мешалку ММ-3. Мешалка ММ-3 - прибор настольного типа применяются для перемешивания жидкостей. На основании мешалки установлен электродвигатель, на валу которого закреплен подковообразный постоянный магнит. При вращении магнита его поле взаимодействует со стальным стержнем, который помещают в сосуд с перемешиваемой жидкостью. Для предотвращения коррозии и химических реакций с жидкостями стержень покрыт герметичной полиэтиленовой оболочкой.С помощью магнитных мешалок можно проводить титрование с перемешиванием жидкостей. Для этого у мешалок имеется штанга, позволяющая укреплять над сосудом необходимые приспособления (бюретку и пр.). Для того, чтобы подковообразный магнит не размагничивался, по окончании работы на электроплитку следует положить стальное кольцо, прилагаемое к прибору и служащее для замыкания магнитных силовых линий.

Другим устройством для перемешивания является вращатель биохимический 793, выпускаемый объединением «Красногвардеец». Вращатель имеет три скорости вращения 600, 900, 1200 об.мин. и позволяетпроизводить перемешивание как с помощью магнитных мешалок в стаканах и колбах емкостью до 100 мл. так и используя стержневые мешалки для перемешивания жидкости в сосудах емкостью до 1000 мл. Питание вращателя осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Мощность, потребляемая вращателем, - всего 20 Вт. Габаритные размеры

415х220х200 мм, масса-3,5 кг.

Миниатюрная мешалка (серия 1Е) фирмы «Электротермал» предназначается для перемешивания маловязких жидкостей в сосудах сошлифами. Работает мешалка от батареи или трансформатора напряжением 22 В. В комплект малогабаритной мешалки входят перемешиваюшие стержни для сосудов емкостью 100 -1000 мл.

В России выпускаются в достаточном ассортименте различные модели встряхивателей как малой грузоподъемностидля встряхивания малообъемных сосудов(пробирки, мелкие флаконы и колбы), так и большой грузоподъемн ости для встряхивания сосудов и бутылей большой емкости.

Аппарат для встряхивания универсальный АВУ 6п предназначен для встряхивания жидкости в лабраторной посуде - колбах, пробирках, бутылях-с целью ускорения протекания химических реакций, механического перемешивания компонентов, улучшения аэрации при выращивании культур для бактериологических исследований. В аппарате имеются сменные платформы-три для колб и одна универсальная для размещения и фиксации кассет с пробирками и бутылей. Аппарат можно включать на длительное время (до 5 суток непрерывной работы) и на короткие отрезки времени (от 5 до 55 мин.), по истечении которых происходит автоматиче ская остановка. В зависимости от объема лабораторной посуды на сменных платформаходновременно может быть установлен один из следующих наборов 30 колб емкостью 250 мл, 12 колб по 500 мл, 2 бутыли емкостью 3 л, 160 пробирок с диаметром от 11 до 19 мм. Число колебаний регулируется плавно от 100 до 280 в минуту, а амплитуда колебаний также регулируется плавно в пределах от 10 до 25 мм.

Прибор для встряхивания меланжеров представляет собой настольную портативную модель, с помощь.ю которой создается гомогенная взвесь форменных элементов крови в разводящей жидкости, необходимая для микроскопических исследований. Принцип устройства прибора в 2 катушках электромагнита находится стальной с, шарнирно связанный с рычагом на котором закреплен штатив с меланжерами. Попеременно втягиваясь то в одну, то в другую катушку, стержень заставляет рычаг совершать колебательные движения. На штативе можно одновременно поместить от 1 до 6 меланжеров.

Электронный прибор для взбалтывания типа ТНYS -1 является универсальным устройством для взбалтывания и перемешивания. Аппарат пригоден для получения мелкодисперсных эмульсий, активизации протекания химических реакций. Частоту колебаний в приборе можно плавно регулировать. Амплитуда колебаний достигает 50 мм. Прибор подключается к сети напряжением 220В, 50 Гц. Потребляемая мощность - 0,1 кВт. Габариты прибора высота- 270 мм, размер основания-500х300 мм, масса-около 20 кг. На приборе могут быть установлены от одной до четырех делительных воронок на 200, 500 или 1000 мл, химические пробирки 160х16 и склянки емкостью от1 до 2л. Прибор выпускается в Германии.

Отечественная промышленность выпускает следующие виды встряхивателей.

Аппарат для встряхивания жидкостей в сосудах АВ-3,

Аппарат универсальный для встряхивания жидкостей в колбах и пробирках АВУ-1.

Аппарат для встряхивания универсальный АВУ-6п.

Аппарат для встряхивания колб и пробирок АВУ-10р.

Аппарат для встряхивания пробирок АВП-10р.

Аппарат для скоростного встряхивания АВБ-4п.

Аппарат для втряхивания колб и бутылей АВУ-50р.

Прибор для встряхивания меланжеров.

Встряхиватели, выпускаемые венгерским предприятием «Лабор», обладают большой универсальностью. Они малогабаритны, но, несмотря на небольшие размеры, обеспечивают возможность одновременного встряхивания нескольких сосудов. Виброплита в таком аппарате совершает совместное движение с валом, на выступающих концах которого по обеим сторонам аппарата устанавливаются держатели для колб и пробирок. На виброплиту может быть установлено несколько крупных сосудов. В аппарате имееется возможность регулирования скорости движения и амплитуды колебаний, которая может изменяться через каждые 5 мм в диапазоне до 40 мм.

Латвийская фирма `ELMI' выпускает аппарат для перемешивания `Шейкер S.3.02', `Шейкер S.3.01'. данный прибор создает вращательное движение радиусом 4 мм. Он предназначен для создания вращательного перемешивания житкости в пробирках, стаканах, чашках Петри и т.п.

Аппаратура для культивмрования микроорганизмов

Представляет несомненный интерес отечественный аппарат АК-10 для глубинного ферментирования микроорганизмов. В ферментере рабочей емкостью 5л осуществляется автоматическая стабилизациятемпературы питательной среды, ее аэрирование и перемешивание. Система терморегуляции обеспечивает плавное регулирование и поддержание температуры в диапазоне от 20 до 60 С, с точностью 5 С. Число оборотов мешалки - от 50 до 1500 10 об\ мин. Масса прибора -65 кг.

Шведской фирмой «Биотек» выпускают сосуды для хранения и транспортировки питательных сред. МЛ-075, общий объем-90 л, МЛ-100, объем-160л, МЛ-150, объем - 200 л. Серия аппаратов МЛ представляет собой новый тип устройства, предназначенного для стерилизации большого количества сред или для сбора и охлаждения выращенных культур микроорганизмов при использовании выпускаемых этой же фирмой ферментеров к аппаратам для непрерывного культивирования микробов. Для перемешивания используется магнитная мешалка, приводимая в движение трехфазным электромотором. Рабочая скорость перемешивания у всех трех моделей фиксированная-770 об/мин.

Ряд зарубежных фирм выпускают комплекты ферментационного оборудования, которые оснащены устройствами и приборами, обеспечивающими автоматическое регулирование основных параметров процесса культивирования микроорганизмов.

В качестве примера такого устройства может быть приведена контрольная панель ЛП-300 с ферментером шведской фирмы. Панель обеспечивает контроль и поддержание в заданных пределах скорости перемешивания питательной среды, температуры и подачи газа, дозирования компонентов питательной среды. Противопенные препараты вводятся с помощью перистальтического насоса, который автоматически включается, если пенный пробоотборник определяет наличие пены.

Наибольшее распространение получили на международном рынке установки «Биотек», которые выпускаются в нескольких модификациях с ферментерами емкостью 1,3,10 и 15л. Набор из отдельных функциональных блоков обеспечивает термостатирование, рН-статирование, химическое пеногашение, аэрацию и возможность ведения непрерывных процессов. Наибольшее распространение получили ферментеры типов ФЛ-103 и ФЛ110.

Ферментер ФЛ-103 имеет полезный объем 1 и 3л, а ферментер ФЛ-110 - 10 и 20л.

Ферментер типа ФМ-100 выпускаемый фирмой «Биотек», является передвижной моделью и предназначендля ферментирования непатогенных бактерий, Основные достоинства этого типа ферментера - перемешивающее устройство, вмонтированное в дно сосуда, облегчает манипуляции, перемешиватель легко вынимается и может быть установлен на любой необходимой высоте над дном сосуда. Мощный электромотор перемешивающего устройства имеет электронный контроль скорости вращения.

Фирма «Биотек» выпускает миниферментер - портативное компактное устройство, легко автоклавируемое, легко собираемое и быстро подготавливаемое к работе. С помощью миниферментера можно быстро получать культуры для их биохимического исследования. Значение температуры внутри сосуда емкостью 700мл может выбираться в интервале от 20° до 60° С Количество оборотов перемешивателя -- от 100 до 2000 в 1 мин. В миниферментере легко могут быть использованы приспособления для дополнительного контроля рН, рО2, что позволяет культивировать различные виды микроорганизмов как в аэробных, так и анаэробных условиях.

Предприятие «Glass Keramik» (Германия) выпускает ферментер для аэробных культур ФС/002 и для анаэробных культур ФС/003.

Роллерные установки предназначены для культивирования тканевых культур при вирусологических исследованиях на внутренних стенках цилиндрических сосудов при вращении их на подвижных валиках (роликах) с различными скоростями. В этих условиях происходит орошение культуры, прикрепленной на внутренней стенке сосуда, а вместе с тем и более оптимальная аэрация, что способствует более эффективному размножению вируса.

Роллерный аппарат американской фирмы «Forma Scientific» предназначен также для получения клеточной массы в больших объемех в одном слое в цилиндрических сосудах, врщающихся одновременно при различных скоростях (от 0,1 до 8 об/мин.). Роллерные аппараты позволяют максимально использовать пространство для питательной среды и дают высокий выход клеток с квадратного сантиметра поверхности, обеспечивая хороший доступ кислорода и питательной среды к клеткам, создавая в конечном итоге значительную экономию времени при посеве, выращивании и сборе их.

Выпускаются роллеры различных моделей: от настольной, рассчитанной на 5 - 15 флаконов, до напольной с 7 полками, на каждой из которых можно разместить по 4 сосуда. Все модели оборудованы тахометрами, с погрешностью в пределах 1% для контроля скорости вращения сосудов. Интервалы скоростей вращения могут изменяться от 0,1 до 4 об/мин. Аппараты оборудованы звуковой сигнализацией, включающейся при падении напряжения в сети или при отключении аппарата. По [9].

Помимо упомянутых зарубежных фирм, специализирующихся на выпуске лабороторного ферментационного оборудования, следует также упомянуть японскую фирму «Marubishi», английскую -- «Gallenkamp» и швейцарскую «Chemap».

1.3 Анализ тенденций развития. Обзор патентной и научно-технической литературы

United States Patent	4,199,265
Sanderson , et al.	April 22, 1980

Motorless magnetically coupled stirrer

Abstract

A plurality of magnetic field generating, electrical coils are preferably arranged in a circle, in one embodiment. Digitally controlled, recurring switching pulses are generated for sequentially defining a plurality of discrete time periods. During each of these time periods, a separate magnetic field is generated responsive to each switching pulse. The pulses are applied to the coil, in turn, for sequentially stepping a magnetic field in a rotary motion about the circle of coils. In other embodiments, the pole pieces may be arranged in another geometry. For example, they could be linearly positioned to slide a stirrer or to lift a stirrer member up a test tube. A substance which is to be stirred is placed in a non-magnetic container positioned within the stepping magnetic field. A stir rod of magnetic material is placed in the container and within the stepping magnetic field, so that the stir rod couples into and rotates or otherwise moves with the rotary magnetic field. The invention is particularly artractive when used with electronic controllers, such as counters, sequences, sensors, electronic controllers, or the like, since it is much easier for such a electronic devices to control digital pulses than to control analog currents.

Inventors:	Sanderson; Robert A. (Northbrook, IL); Chan; Patrick S. (Skokie, IL)
Assignee:	American Hospital Supply Corporation (Evanston, IL)
Appl. No.:	955970
Filed:	October 30, 1978



Current U.S. Class:	366/274
Intern'l Class:	B01F 013/08
Field of Search:	366/273,274 310/49 R

References Cited [Referenced By]

U.S. Patent Documents

2641452	Jun., 1953	Wagner	366/273.
3268785	Aug., 1966	Gerber et al.	310/491.
3445741	May., 1969	Gerber	310/49.
3848363	Nov., 1974	Lovness et al.	366/273.
4040605	Aug., 1977	Towsend	366/273.
4065708	Dec., 1977	Ulland et al.	310/49.
4066947	Jan., 1978	Nakajima et al.	310/49.
4131370	Dec., 1978	Lawrence et al.	366/273.

Primary Examiner: Coe; Philip R.

Attorney, Agent or Firm: Laff, Whitesel & Rockman

Claims

We claim:

1. A digitally controlled motorless stirrer comprising means for generating cyclically recurring pulses, electronically controlled means for establishing a stepping magnetic field responsive to said recurring pulses, a container, a magnetic stir rod positioned in said container and against a surface thereof made from a non-magnetic material, and means for supporting said surface of said container within said magnetic field in a position where said magnetic stir rod follows the stepping of said magnetic field.

2. The stirrer of claim 1 wherein said means for establishing a magnetic field comprises a plurality of coils positioned in a predetermined geometrical arrangement beneath said stir rod supporting surface, a plurality of pole pieces associated with each of said coils and extending in the predetermined arrangement toward said container, and means associated with each of said coils for completing a magnetic circuit between said coils.

3. The stirrer of claim 2 and means for applying said recurring pulses to adjacent ones of said coils in an overlapping pulse relationship whereby magnetic flux is built by an energization of each individual one of the coils before the magnetic flux built by its immediately neighboring coil disappears.

4. The stirrer of claim 2 and programmable means for controlling the generation and the application of said pulses to said coils.

5. The stirrer of claim 2 wherein said stir rod has an enlarged equatorial region forming a bearing surface on which said stir rod may turn.

6. The stirrer of claim 1 wherein said predetermined geometrical arrangement is a circle of pole pieces beneath said surface for creating a rotary magnetic field.

7. The stirrer of claim 1 wherein said predetermined geometrical arrangement is a row of pole pieces for creating a sweeping linear magnetic field for moving said stir rod in at least a linear motion along said linear field.

8. A method for controlling the stirring of a fluid or similar mixable substance comprising the steps of:

a. generating digitally controlled, recurring switching pulses for sequentially defining successive discrete time periods;

b. generating successive magnetic fields responsive to said switching pulses, for sequentially stepping a magnetic field in a predetermined motion;

c. positioning an integral non-magnetic container including the substance to be stirred within said stepping magnetic field; and

d. positioning a magnetic stir rod which is entirely separate from said container in said container and within said stepping magnetic field, whereby said rod moves with said magnetic field in order to stir said substance.

9. The method of claim 8 and an added step wherein said switching pulses of step a. are generated and applied under control of a programmable means, whereby said magnetic stir rod may be programmed to follow a great variety of different patterns of movement by generating and applying said switching pulses in a different order.

10. The method of claim 9 and the added step of generating and applying said switching pulses in overlapping relationships.

11. The method of claim 9 wherein said switching pulses are generated at a recurrence rate relative to the inertia of said stir rod which causes the switching pulses to lead the stir rod as it moves, so that said rod moves continuously and does not come to rest at any pole piece.

12. The method of claim 11 and the step of changing said recurrence rate with a ramp function whereby said pulses recur at an increasing or decreasing rate which varies as a function of the inertia of the stir rod so that it may accurately follow said magnetic field.

13. The method of claim 12 and the step of changing the direction of the magnetic field stepping each time that said recurrence rate slows.

14. An automatic stirrer comprising a circle of paired coils, each of said pair of coils being diametrically opposed in said circle, said coils being wound in directions to produce magnetically opposed flux fields, whereby one of said pair induces one magnetic pole when the opposite of said pair induces the opposite magnetic pole responsive to an energization of the pair of coils, digital means for sequentially generating switching pulses for energizing each of said pair of coils in a predetermined order around said circle, means for alternatively reversing the relative positions of said opposite magnetic poles when each of said pair of coils is energized, a free magnetic stir rod, means for supporting said stir rod in the magnetic fields created by said coils and means for varying the characteristics of said switching pulses to coordinate their generation with the inertia characteristics of said stir rod.

15. The stirrer of claim 14 and means for varying said predetermined order to cause said rod to follow any of many alternative patterns of rod motions.

16. The stirrer of claim 14 wherein said digital means comprises two driver means, each of which controls the energizing sequence of one half of said coils, steering means for synchronizing said two drivers to energize said coils in either of two orders for driving said stir rod in either of two directions.

17. The stirrer of claim 16 and timer means for cyclically operating said steering means to sequentially reverse the directions in which said stir rod is driven.

18. The stirrer of claim 17 wherein said digital means also includes a pulse source having a variable pulse repetition rate, and means controlled by said timer for varying said variable repetition rate in a manner which speeds up the movement of said stir rod after each operation of said stir rod after each operation of said steering means and slows down said movement of said stir rod before each operation of said stir rod.

19. A stirrer comprising a plurality of linearly-oriented, magnetic pole pieces, digitally controlled means for sequentially energizing said pole pieces to create a linearly moving magnetic field, means for positioning a mixable substance in said field, and a magnetic stir rod positioned with said mixable substance for moving said mixable substance linearly as said stir rod moves back and forth past said linearly-oriented pole pieces.

20. A digitally controlled device comprising a plurality of electromagnetic means positioned to generate separate magnetic fields in a geometrical pattern, a magnetic stir rod, a non-magnetic surface positioned to support said stir rod under gravity adjacent said plurality of magnetic means with an orientation wherein said pattern of magnetic fields coincides with said surface, and digital control means for selectively and individually energizing said electromagnetic means to step said fields in said pattern whereby said stir rod moves in the pattern established by the stepping of said field.

United States Patent	5,176,446
Chiba , et al.	January 5, 1993

Magnetic type agitator which is capable of generating ultrasonic wave

Abstract

A magnetic type agitator, is provided which has a magnetic agitator element disposed in a magnetically permeable vessel, and a magnetic rotating plate rotatably coupled to the bottom of the vessel. The magnetic type agitator is improved according to present invention in that it further includes a thin ultrasonic vibrating element fixed to the bottom of the vessel, the magnetic rotating plate being placed so as to permit the magnetic force from the magnetic rotating plate to effect the magnetic agitator element, thereby permitting simultaneous agitation and ultrasonic vibration of the liquid in the vessel.

Inventors:	Chiba; Shigeru (28-1-1 Sannoucho 4-chome, Minami-ku, Yokohama-shi, JP); Ito; Kazuo (28-1-1 Sannoucho 4-chome, Minami-ku, Yokohama-shi, JP)
Appl. No.:	747205
Filed:	August 19, 1991

Current U.S. Class:	366/114; 366/274
Intern'l Class:	B01F 011/02; B01F 013/08
Field of Search:	366/273,274,127,128,108,110,111,113,114,115,116,117,118 68/3 SS



References Cited [Referenced By]

U.S. Patent Documents

2655011	Oct., 1953	Ihle	366/274.
4199265	Apr., 1980	Sanderson	366/274.
4979829	Dec., 1990	Allen	366/118.
4991973	Feb., 1991	Maaz	366/274.

Primary Examiner: Jenkins; Robert W.

Attorney, Agent or Firm: Cushman, Darby & Cushman

Claims

What is claimed is:

1. A magnetic type agitator comprising:

a magnetic agitator element disposed inside a magnetically permeable vessel;

a magnetic rotating plate rotatably disposed below a bottom of said vessel for driving said magnetic agitator and thereby agitating liquid inside of said vessel by rotating said magnetic rotating plate; and

an ultrasonic vibrating element fixed to the bottom of said vessel; said magnetic rotating plate being placed so as to permit the magnetic force from said magnetic rotating plate to effect said magnetic agitating element, thereby permitting simultaneous agitation and ultrasonic vibration of said liquid in said vessel.

2. A magnetic type agitator according to claim 1, wherein said vessel includes an interior space, a container being disposed in said interior space, said container containing said liquid, and said magnetic agitating element being disposed within said container and wherein an annular space defined between said vessel and said container is filled with a medium which permits transmission of ultrasonic vibration.

3. Magnetic type agitator according to claim 2 wherein said vessel is integrally formed with the body of said agitator.

4. Magnetic type agitator according to claim 3 further including a plurality of containers disposed in said interior space of said vessel.

5. Magnetic type agitator according to claim 1 or 2 wherein said ultrasonic vibrating element 4 is an electrostriction vibrating element.

6. Magnetic type agitator according to claim 1 further including a plurality of vessels each having an ultrasonic vibrating element disposed on a bottom thereof, said magnetic rotating plate being placed so as to permit the magnetic force from said magnetic rotating plate to effect said magnetic agitation element, thereby permitting simultaneous agitation and ultrasonic vibration of said liquid in each said vessel.

7. A magnetic type agitator comprising:

a magnetically permeable vessel filled with a liquid to be agitated;

a magnetic agitator element disposed in said liquid within said vessel and positioned on the bottom of said vessel for free motion thereof;

a magnetic driver provided below the bottom of said vessel and establishing a magnetic field across said magnetic agitating element, said magnetic driver rotating said magnetic element within said liquid for promoting agitation of said liquid; and

an ultrasonic vibration driver being in cooperation with said vessel for transmitting ultrasonic vibration to said vessel for inducing ultrasonic vibration in said liquid.

8. A magnetic type agitator comprising:

a magnetically permeable vessel filled with a liquid to be agitated;

a magnetic agitator element disposed in said liquid within said vessel and positioned on the bottom of said vessel for free motion thereof;

a magnetic driver provided below the bottom of said vessel and establishing a magnetic field across said magnetic agitating element, said magnetic driver rotating said magnetic element within said liquid for promoting agitation of said liquid; and

an ultrasonic vibration driver disposed between the bottom of said vessel and said magnetic driver for transmitting ultrasonic vibration to said vessel for inducing ultrasonic vibration in said liquid.

9. A magnetic type agitator comprising:

a magnetic permeable vessel filled with a liquid to be agitated;

a magnetic agitator element disposed in said liquid within said vessel and positioned on the bottom of said vessel for free motion thereof;

a magnetic driver provided below the bottom of said vessel and establishing magnetic field across said magnetic agitating element, said magnetic driver rotating said magnetic element within said liquid for promoting agitation of said liquid; and

an ultrasonic vibration driver being in cooperation with said vessel for transmitting ultrasonic vibration to said vessel for inducing ultrasonic vibration in said liquid simultaneously with agitation by said magnetic agitator element.

10. Magnetic type agitator according to claim 7, 8 or 9, wherein said liquid includes a pulverized materia

United States Patent	6,382,827
Gebrian	May 7, 2002

Method and apparatus for mixing liquid solutions using a rotating magnet to generate a stirring vortex action

Abstract

A method for rapidly mixing a liquid solution in a sample container by causing a small magnetic mixing member to rapidly revolve or orbit the container's axis within the solution in a generally circular pattern in response to a revolving magnetic field positioned in close proximity to the sample container.

Inventors:	Gebrian; Peter Louis (Wilmington, DE)
Assignee:	Dade Behring Inc. (Deerfield, IL)
Appl. No.:	703139
Filed:	November 1, 2000

Current U.S. Class:	366/274
Intern'l Class:	B01F 013/08
Field of Search:	366/273,274,348 416/3 422/99 435/302.1



References Cited [Referenced By]

U.S. Patent Documents

2844363	Jul., 1958	Clark.
2951689	Sep., 1960	Asp et al.
3088716	May., 1963	Stott.
3356346	Dec., 1967	Landsberger.
3503592	Mar., 1970	Taylor, Sr. et al.
3595531	Jul., 1971	Williams et al.
3749369	Jul., 1973	Landsberger.
3831903	Aug., 1974	Harmel, Jr.
3997272	Dec., 1976	George.
4162855	Jul., 1979	Bender.
4390283	Jun., 1983	Meyer.
4477192	Oct., 1984	Bonney.
4534656	Aug., 1985	De Bruyne.
4665736	May., 1987	Yokoyama et al.
4720025	Jan., 1988	Tatevosian et al.
4728500	Mar., 1988	Higo.
4876069	Oct., 1989	Jochimsen.
5078969	Jan., 1992	Bacus.
5272092	Dec., 1993	Hamasaki et al.
5529391	Jun., 1996	Kindman et al.
5547280	Aug., 1996	Wanninger et al.
5578201	Nov., 1996	Collier et al.
5586823	Dec., 1996	Carr.
3344754	Jun., 1985	DE.
2082929	Mar., 1982	GB.
63-185435	Aug., 1988	JP.
1-310514	Dec., 1989	JP.

Primary Examiner: Cooley; Charles E.

Attorney, Agent or Firm: Jordan; Leland K

Claims

What is claimed is:

1. A method for mixing a liquid solution, the method comprising:

providing a container having a bottom with the liquid solution therein;

freely disposing a spherical ferromagnetic mixing member within the container; and,

revolving a U-shaped, L-shaped or cup-shaped bracket having an upper arm portion in a circular pattern around the outside of and in close proximity to the container, the bracket having and a permanent or semi-permanent magnet for generating magnetic forces attached to the upper arm portion, the magnet and the upper arm portion being disposed distance above the bottom of the container,

so that magnetic forces acting upon the mixing member cause the mixing member to revolve said distance above the bottom of the container, thereby generating a mixing motion within the liquid solution.

2. The method of claim 1 wherein the mixing member is made of an iron alloy and has a diameter in the range 2-6 mm.

3. The method of claim 1 wherein the mixing member has a protective coating to prevent contamination thereon, the coating having thickness about 25 microns.

4. A method for mixing a liquid solution, the method comprising:

providing a container having a bottom with the liquid solution therein;

freely disposing a spherical ferromagnetic mixing member within the container; and,

supporting the container with a rack; transporting the rack proximate a magnetec field;

revolving the magnetic field in a circular pattern outside of and in close proximity to the container;

so that magnetic forces acting upon the mixing member cause it to revolve within the container thereby generating a mixing motion within the liquid solution.

5. The method of claim 4 wherein the mixing member is made of an iron alloy and has a diameter in the range 2-6 mm.

6. The method of claim 4 wherein the mixing member has a protective coating to prevent contamination thereon, the coating having thickness about 25 microns.

7. An apparatus for mixing a liquid solution contained in a liquid container, the apparatus comprising:

a container having a bottom with the liquid solution therein;

a spherical ferromagnetic mixing member freely disposed within the container;

a permanent or semi-permanent magnet; and,

means for revolving a U-shaped, L-shaped or cup-shaped bracket in a circular pattern around the outside of and in close proximity to the liquid container, the bracket having an upper arm portion with the permanent or semi-permanent magnet attached to the upper arm portion, the magnet and the upper arm portion being disposed a distance above the bottom of the container,

so that magnetic forces acting upon the mixing member cause it to revolve said distance above the bottom of the container and generate a mixing motion within the liquid solution.

8. The apparatus of claim 7 wherein the mixing member is made of an iron alloy and has a diameter in the range 2-6 mm.

9. The apparatus of claim 7 wherein the mixing member has a protective coating to prevent contamination thereon, the coating having thickness about 25 microns.

United States Patent	6,467,946
Gebrian	October 22, 2002

Method and apparatus for mixing liquid samples in a container using rotating magnetic fields

Abstract

Mixing a liquid solution in a container by rotating a pair of bar-shaped magnets in a coordinated pattern in which lines parallel to the axes of the bar-shaped magnets remain normal to one another, the magnets disposed in close proximity to and on opposite sides of the container a distance above the bottom of the container so that a magnetic mixing member is caused to rotate in the liquid about the same distance above the bottom of the container. Relative vertical movement of the magnets and the container generates a vortex-like mixing action throughout the container.

Inventors:	Gebrian; Peter Louis (Wilmington, DE)
Assignee:	Dade MicroScan Inc. (Sacramento, CA)
Appl. No.:	841468
Filed:	April 24, 2001
Current U.S. Class:	366/273
Intern'l Class:	B01F 013/08
Field of Search:	366/208,209,212,218,219,273,274 416/3 417/420 464/29 435/302.1 266/234



References Cited [Referenced By]

U.S. Patent Documents

2844363	Jul., 1958	Clark.
2951689	Sep., 1960	Asp et al.
3088716	May., 1963	Stott.
3356346	Dec., 1967	Landsberger.
3503592	Mar., 1970	Taylor, Sr. et al.
3595531	Jul., 1971	Williams et al.
3730488	May., 1973	Gardner, Jr.
3749369	Jul., 1973	Landsberger.
3831903	Aug., 1974	Harmel, Jr.
3997272	Dec., 1976	George.
4040605	Aug., 1977	Towsend.
4162855	Jul., 1979	Bender.
4266950	May., 1981	Makino et al.
4390283	Jun., 1983	Meyer.
4477192	Oct., 1984	Bonney.
4534656	Aug., 1985	De Bruyne.
4653519	Mar., 1987	Kanner.
4665736	May., 1987	Yokoyama et al.
4720025	Jan., 1988	Tatevosian.
4728500	Mar., 1988	Higo.
4876069	Oct., 1989	Jochimsen.
5078969	Jan., 1992	Bacus.
5272092	Dec., 1993	Hamasaki et al.
5352036	Oct., 1994	Haber et al.
5529391	Jun., 1996	Kindman et al.
5547280	Aug., 1996	Wanninger.
5578201	Nov., 1996	Collier et al.
5586823	Dec., 1996	Carr.
5961213	Oct., 1999	Tsuyuki et al.
6033377	Mar., 2000	Rasmussen et al.
6382827	May., 2002	Gebrian	366/274.
Foreign Patent Documents
3344754	Jun., 1985	DE.
2082929	Mar., 1982	GB.
2082930	Mar., 1982	GB.
63-185435	Aug., 1988	JP.

Primary Examiner: Cooley; Charles E.

Attorney, Agent or Firm: Jordan; Leland K.

Claims

What is claimed is:

1. A method for mixing a liquid solution contained in a container having a false bottom, the method comprising:

placing a ferromagnetic mixing member within the liquid solution contained in the container; and,

rotating a pair of magnetic fields in a circular pattern in close proximity to the container near the location of the false bottom,

wherein rotating the pair of magnetic fields comprises rotating a pair of magnets in a coordinated pattern in which lines parallel to the axes of the magnets remain normal to one another,

so that magnetic forces acting upon the mixing member cause it to revolve thereby generating a mixing motion within the liquid solution.

2. The method of claim 1 wherein the pair of magnetic fields are rotated in close proximity to opposite sides of the container.

3. The method of claim 1 wherein the magnets comprises bar-shaped permanent or semi-permanent magnets.

4. The method of claim 1 wherein rotating the magnetic fields comprises rotating a pair of disks containing said magnets in a coordinated pattern in which the magnetic fields of the two separate magnets are 90 degrees out of phase with one another.

5. The method of claim 1 wherein the mixing member is spherical.

6. The method of claim 1 wherein the mixing member is made of an iron alloy and has a diameter in the range 2-6 mm.

7. The method of claim 1 wherein the mixing member has a protective coating to prevent contamination having thickness about 25 microns.

8. The method of claim 7 wherein the protective coating comprises a material selected from the group consisting of parylene, SURLYN.TM. and TEFLON.TM. plastics.

9. The method of claim 1 wherein the liquid container is supported within a rack and the rack is moved through the rotating magnetic fields.

10. A method for mixing a liquid solution contained in a container, the method comprising:

placing a ferromagnetic mixing member within the liquid solution contained in the container;

rotating a pair of magnetic fields in a circular pattern in close proximity to the container; and,

moving the container vertically relative to the magnetic fields so that magnetic forces acting upon the mixing member cause it to revolve thereby generating a mixing motion throughout the entirety of the liquid solution.

11. The method of claim 10 for mixing a liquid solution contained in a container wherein rotating the pair of magnetic fields comprises rotating a pair of bar-shaped magnets in a coordinated pattern in which lines parallel to the axes of the bar-shaped magnets remain normal to one another.

12. The method of claim 10 wherein the magnetic fields are rotated in close proximity to opposite sides of the container.

13. The method of claim 10 wherein the ferromagnetic mixing member is spherical.

14. An apparatus for mixing a liquid solution within a liquid container, the apparatus comprising:

a liquid container having a false bottom;

a spherical ferromagnetic mixing member within the liquid in the container;

a pair of magnetic field sources positioned at opposite sides of the container proximate the false bottom; and,

means for rotating the magnetic field sources in circular patterns in close proximity to the liquid container,

wherein the means for rotating the magnetic field sources comprise rotating a pair of bar-shaped magnets in a coordinated pattern in which lines parallel to the axes of the bar-shaped magnets remain normal to one another,

so that magnetic forces acting upon the magnetic mixing member cause it to rotate, thereby generating a mixing motion within the liquid solution.

15. The apparatus of claim 14 wherein the magnetic field sources are rotated in close proximity to the sides of the liquid container.

16. The apparatus of claim 14 for mixing a liquid sample solution within a liquid container wherein rotating the magnetic field sources comprises rotating a motor shaft having said magnetic field sources attached thereto.

(19) КЦ (11)2115128(13) С1

(51) 6 С 01 Р 21/00

РОССИЙСКОЕ АГЕНТСТВО ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

к патенту Российской Федерации

(21) 95120719/28 (22) 05.12.95 (46) 10.07.98 Бюл. ? 19 (72) Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Пестунов А.Н., Андрейченко К.П., Улыбин В.И. (71) (73) Производственное объединение "Корпус"

(56) 54, авторское свидетельство, 476516, О 01 Р 21/00, 1975. 511, авторское свидетельство, 1136085, О 01 Р 21/00, 1985. 84, авторское свидетельство, 1720023, О 01 Р 21/00, 1992. 511, авторское свидетельство, 1793385, О 01 Р 21/00, 1993. 5Н, авторское свидетельство, 459735, О 01 Р 21/00, 1975. (54) СТЕНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ (57) Использование: в измерительной технике. Сущность изобретения: стенд для контроля измерителей угловых скоростей (ИУС), содержит корпус, платформу на оси стенда, электродвигатель постоянного тока, коллектор, два кварцевых маятниковых акселерометра, каждый из которых содержит кварцевую пластину, емкостной датчик угла и магнитоэлектрический датчик момента, соединенные через соответствующие усилители обратной связи, выходные каскады которых выполнены в виде делителей напряженя, при этом корпус первого акселерометра закреплен на платформе стенда так, что его ось чувствительности перпендикулярна радиусу платформы, а корпус второго акселерометра закреплен, так, что ось его чувствительности расположена вдоль радиуса платформы, усилитель системы стабилизации с сумматором, входящим в его состав, фотоэлектрический муаровый датчик угла, интерполятор фазовый и блок преобразования информации фотоэлектрического датчика угла, процессорный модуль, содержащий пятиканальный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), двухканальный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), унифицированный параллельный 16-разрядный интерфейс, а также процессор и электронно-вычислительную машину (ЭВМ). 10 ил.

2. Теоретическая часть

2.1 Конструкция и принцип действия прибора

Комбинированнаяая схема прибора (рис.1) представляет собой широкоскоростное управляемое основание с повышенной стабильностью задаваемой угловой скорости [8]. Чувствительными элементами стенда являются два акселерометра, измеряющие тангенциальное ускорение, и два акселерометра, измеряющие центростремительное ускорение точек их крепления к платформе установки, расположенные под углами 180 (расположение указано для каждого вида акселерометров). [20]

Схема содержит устройство минимизации момента трения по оси вращения платформы. При этом учитывается следующее обстоятельство. В функционально - кинематической схеме прецизионного стенда используются по 2 акселерометра каждого вида, расположенных под углом 180 друг к другу. Это означает, что рассматриваются две координаты для акселерометров, измеряющих тангенциальное ускорение, - 23,1, 23,2 и две координаты 24,1, 24,2, для акселерометров, измеряющих центростремительное ускорение. Помехи вида п, представляющие собой периодическое возмущение в выходном сигнале кварцевого акселерометра при его вращении вместе с платформой, возникающие вследствие невертикальности оси “Т” прибора, для каждого из двух акселерометров, измеряющих тангенциальное и центростремительное ускорения, имеют различное математическое выражение из - за фазовых сдвигов между помехами. Поэтому в уравнениях движения эти помехи записываются как 23,1, 23,2- для измерителей тангенциального и как 24,1, 24,2,- для измерителей центростремительного ускорений. Необходимо показать, что комплексирование прецизионных кварцевых акселерометров позволяет решить ряд проблем, одной из которых является проблема влияния невертикальности оси “Т” вращения платформы прибора [13]. Данная проблема решается методами комплексирования акселерометров в пары и подачей общего, суммированного сигнала в систему управления устройством.

По сигналам, получаемым из цепи обратной связи осуществляется управление двигателем и измерение заданной угловой скорости в области значений угловых скоростей от 0,1 о/с до 30 о/с. Каждый из акселерометров (чувствительных элементов, обозначенных дополнительно индексами, относящимися к измеряемому ускорению: т - тангенциальное и “ц”- центростремительное), имеет усилитель обратной связи. Сигналы из цепей обратной связи усилителей. поступают двухканальный суммирующий усилитель (канал 1- для измерителей центростремительного ускорения, канал 11- для измерителей тангенциального ускорения). Сигналы с выхода 1 усилителя - для измерителей центростремительного ускорения и с выхода 2 усилителя - для акселерометров - измерителей тангенциального ускорения поступают как в систему измерения стенда -- через АЦП в ПЭВМ, так и в систему управления двигателем, т.е. на сумматор. При этом в области малых угловых скоростей (до 50 о) от ПЭВМ 5 через интерфейс подается управляющее воздействие на сумматор. Таким образом осуществляется управление двигателем вращения платформы. Это означает, что в области задаваемых значений угловых скоростей управление стендом осуществляется по сигналам акселерометров, измеряющих тангенциальное и центростремительное ускорения. Аппарат имеет упрощенную аналоговую схему управления основным двигателем, однако, учитывая наличие устройства минимизации момента сопротивления по оси вращения аппарата, следует ожидать высокой стабильности задаваемой угловой скорости, а, соответственно, и задаваемых ускорений.

Устройство минимизации момента сопротивления (рис. 2) также иммеет систему управления. Эта система включает в себя датчик момента и блок управления устройством минимизации момента сопротивления по оси вращения аппарата [12].

Указанное устройство является универсальным, оно решает принципиальную задачу - разгрузки оси вращения платформы управляемого основания от веса установленного на платформе (что минимизирует момент трения по осви вращения платформы) и исключения влияния на эту же ось момента трения токоподводящего коллектора.

Минимизация трения по оси подвеса платформы стенда достигается за счет выполнения подвеса в виде двух соосно и концентрично расположенных осей, из которых одна нагружена моментом трением коллектора подвода питания и весом испытуемого оразца со сменным блоком, а вторая ось разгружена от веса прибора и имеет подвод питания через торцевой упругий токоподвод (безмоментный). Платформа 2 с усстановленным сменным блоком, вращается вокруг разгруженной оси, управление по угловой скорости осуществляется также по разгруженной оси. Механизм отслеживания обеспечивает вращение своего выходного звена вокруг нагруженной оси таким образом, чтобы рассогласование угловых положений обоих вращающихся подвесов (платформы и выходного звена механизма отслеживания) было минимальным. Конструктивно подвес выполнен следующим образом.