超声流量计制造技术

本发明专利技术涉及超声流量计,尤其是一种用于超声流量计的流量池，所述流量池包括两个超声波变换器，其中，所述两个超声波变换器可逆地能够从所述流量池拆下。拆下了变换器的流量池能够被消毒，并且特别适用于一次性使用的或用后即丢弃的系统中。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】超声流量计本申请是2008年2月19日提交的申请号为200880005330.2、专利技术名称为“超声流量计”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于超声流量计的、基于聚合物的流量池及其制造方法。该流量计适用于例如通过使用色谱法或过滤法来分析、净化或准备例如蛋白质及核酸等生物分子的、一次性使用的系统中。
技术介绍
有大量文献涉及超声流量计。美国专利第2，874，568和2，923，155号描述了超声流量计，其中，探针不刺透管道壁，而是安装在壁外部。通过这些设置，纵波在管道和流体之间的界面处的折射角相当小，因此，超声波沿平行于流体流动轴线的方向的速度分量非常小。对于这种系统，灵敏度，尤其是对于低流率来说，是重要的限制因素。在美国专利第3，575，050号中，流量计采用了斜向经过管道的、纵向模式的超声波，使得在与流体流动轴线平行的方向具有非常大的速度分量。这是通过安装在管道外部的变换器实现的，因此没有流体流的流动的扰动。变换器包括剪切模式超声波的发生器/接收器，其被耦接至所述管道，使得剪切波倾斜地入射在管道和流体之间的界面上。这些剪切波被界面处的折射模式转换成纵波，则现在纵波以大很多的角度一一通常是两倍于用入射纵波所得的角度一一传递穿过流体材料。为了测量流率，下行的纵波和上行的纵波之间的过渡时间差提供了用于确定平均流率的根据。过渡时间的这种确定可以例如通过计时两个脉冲之间的时间差或者替代地通过测量所发射的连续波之间的相位移动或连续波能量的爆发来作出。因为被发射穿过流体的超声波具有较大的沿平行于流动轴线方向的速度分量，所以增加了测量的灵敏度。在一种市场上能买到的超声流量计(美国佛罗里达州Boca Raton市MalemaSensors的M-2000系列)中，安装有两个超声变换器，使得超声波平行于流量池通道的轴线行进。因此，超声波平行于流动方向行进，使得测量的灵敏度最大化。另外，还具有与超声变换器的相对定位的使用、以及超声波沿与流量池通道的轴线平行的方向行进的事实相关的优点。对于传统的“夹紧式”超声流量计来说，纵波在管道和流体之间的界面处的折射角相对较小，因此，超声波沿平行于流体流动轴线的方向仅具有非常小的速度分量。美国专利第2，874，568以及2，923，155号描述了超声流量计，其中，探针不刺透管道壁，而是安装在壁的外部。通过这些设置，由于管道壁或管壁的材料不同于流动于管内的流体，所以根据Snell定律(Snell’s law，斯涅耳定律)两种材料的不同声学特性将引起超声福射束的角度偏转。因此，此偏转将根据管内是流何流体而变化。对于如下测量来说这可能不是问题，即，例如在供油管中等流体组分基本保持不随时间改变的系统中的流动测量，或者对于饮用水供给的测量。在这种系统中，随着时间的推移，根据Snell定律的偏转角将保持相对来说比较恒定。但是，例如通过使用色谱法或过滤法(例如通过使用隔膜)，在用于分析、净化或者准备例如蛋白质和核酸等生物分子的系统中，即使在单个分离实验期间，流体组分也可以显著改变。在色谱法中，使用了溶剂梯度和盐梯度，其目的是加速分离并且提高分离的分离度。溶剂梯度的典型示例包括将有机溶剂(例如甲醇和乙腈)的浓度从梯度开始处的0%升高到在梯度结束处的80%。盐梯度的典型示例包括将盐(例如氯化钠)的浓度从梯度开始处的O M升高到在梯度结束处的2 M。梯度时间能够是实验的全部运行时间，或者只是实验的全部运转时间的一部分。由于传统“夹紧式”超声流量计的几何设置，则当流体的组分改变时，表观测量流率将也会不同。但是，通过其中超声变换器轴向对齐、彼此相对地定位并且沿轴向与流量池通道对齐的流量计设置，这种影响将被最小化，因为纵波在管道(或管)与流体之间界面处的折射角是90度，并且，另外超声波速度分量主要沿着平行于流体流动的轴线的方向。但是，在文献(例如美国专利第2，874，568,2, 923，155及3，575，050号，以及来自Malema Sensers的超声流量计的公开说明书等)中所描述的超声流量计不适于例如通过使用色谱法或隔膜过滤法来分析、净化或准备例如蛋白质和核酸等生物分子的系统。因而，尽管在例如色谱系统等分离系统中频繁使用流量计，但是并没有出版物推荐在这种系统中使用超声流量计。这些系统在25毫升/分至9升/分范围内的所有流率处要求优于5%的精确度。此外，对于从25毫升/分至9升/分范围内的流率，来自流量池的背压应当小于0.4巴，并且对于色谱法分离来说，以25毫升/分至9升/分范围内的流率运转的情况下，流量计的谱段增宽效应必需小于10%。优选地，流量池的材料应当具有对超声波的衰减低的特征，以便于增大灵敏度。更优选地，该材料应当还适用于一次性使用或用后即丢弃的系统，例如，其应当相对较便宜、可消毒并且能够完全燃烧。例如，美国专利第5，463，906号公开了一种一次性使用的流量池组件，其用作与超声流量计一起应用以测量血流的声学室。血液的声学阻抗与通常构造成那块液流本体的塑料的声学阻抗不同，而不论声学矢量和流量室的壁之间的角度是不是直角，均使用具有类似于血液的声学阻抗的声学耦合本体以避免大的折射或反射。这些声学耦合本体的存在以及设计还防止了漩涡或涡流的产生，否则这些漩涡或涡流可能破坏血细胞或诱发凝块。虽然在美国专利第5，463，906号中描述的流量池组件被设计成用以测量血液的流率，但是，其将不适用于测量例如色谱法及过滤法应用中流体组分可变的流率。在一次性使用的系统中、特别是对于例如化学、生物分子或药学应用中使用的其它成份的分离与净化等严格控制的工艺过程中的使用有重大意义。在这种系统中所使用的材料优选为满足美国药典(USP )六级要求以保证它们在使用中不会释放有毒物质。这种系统还应当提供消毒环境以满足这些应用的严格要求。因此，应当对该系统进行消毒，例如通过使用γ (ga_a，伽马)射线。在此，消毒应当被解释为意思是减少微生物群或微生物量。但是，大部分使用者不能在他们的实验室中进行γ射线消毒。另外，大多数使用者不想在他们实验室内进行γ射线消毒，因为这些过程会带来健康隐患。因此，他们更原意从供货商那里购买已有效消毒的、一次性使用的设备。虽然能够使用溶液中的抗菌剂来对设备进行消毒，但是，这需要使用多步清洗步骤，这是不利的。现有技术超声流量计所带来的另一个不利在于在调换或更换流量计时，需要进行重新校准，因为各个流量池的流量池通道的内径变化非常大。所属领域的技术人员将了解，这对于附接至现有的管(例如供油管)或管道上的“夹紧式”超声流量计来说尤其成问题。这种操作非常费时，其对于要长期使用的流量池来说是可接受的，但是对于仅使用一次或仅短期使用的、一次性使用的和/或消毒的流量池来说是不可接受的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种具有流量池10的流量计，该流量计适用于一次性使用的系统、特别是适用于例如化学、生物分子或药学应用中使用的其它成份的分离与净化等严格控制的工艺过程。在这种系统中所使用的材料优选为满足USP六级要求以保证它们在使用中不会释放有毒物质。这种系统还应当提供消毒环境以满足这些应用的严格要求。因此，应当对该系统进行消毒，例如通过使用γ射线。为了经济的原因，不是使整个系统均为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量流体流率的流量池（10），其包括流体入口和流体出口，所述流体入口和流体出口由其中具有大致直形的部分（12）的样本流过通道（13）分离，所述流量池进一步包括两个超声波变换器（11），所述超声波变换器（11）在所述通道（13）的相对侧上彼此轴向对齐，其中，由所述变换器所发射的超声波沿平行于所述流动方向的相对方向纵向地穿过所述通道（13）的所述大致直形的部分（12），两个所述超声波变换器（11）能够以可逆方式从所述流量池拆下，其特征在于，所述纵波在所述通道（13）的大致直形的部分（12）与所述流体之间的界面处的折射角大致是90度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H埃林，D赫曼森，
申请(专利权)人：通用电气健康护理生物科学股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE