(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出される量の流体を投与するためのマイクロドージングシステム（１００、３００）であって、
入口（１０２）および出口（１０３）を有し、前記入口（１０２）を介して、前記吐出される流体（１０４、１０５、１０９）を吸引するように、かつ前記出口（１０３）から、前記流体（１０４、１０５、１０９）の少なくとも一部を吐出するように構成された、マイクロポンプ（１０１）と、
開口部（１０７ａ、１０７ｂ）および流量測定手段（１０８ａ、１０８ｂ）を有する、前記入口側または前記出口側に配置された第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）であって、前記流量測定手段（１０８ａ、１０８ｂ）は、前記開口部（１０７ａ、１０７ｂ）を通過する前記流体（１０４、１０５）の前記流量を判定するように構成される、第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）と、
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）の障害を較正および／または検知する手段（１１３、３１３）とを備え、
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）の障害を較正および／または検知する前記手段（１１３、３１３）が、前記マイクロポンプ（１０１）が動作していないときに、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の実際のセンサ信号を検知するように、かつ前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）のセンサドリフトを相殺するために、これに基づいて前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の後続のセンサ信号を補正し、前記マイクロドージングシステム（１００、３００）を較正するように構成された、制御手段（３０２）を含む、マイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項２】
前記制御手段（３０２）が、補正値を決定するように、かつ前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記検知された実際のセンサ信号の量から、前記補正値を差し引くように構成され、前記取得された差分値が、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記後続のセンサ信号用の補正された始点を形成する、請求項１に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項３】
前記補正値の量が、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記検知された実際のセンサ信号の量に対応するか、または前記補正値の量が、前記検知された実際のセンサ信号の量に、前記測定されたセンサ信号の±１０％の量の許容値を加えるか、もしくは前記測定されたセンサ信号の±２０％の量の許容値を加えた範囲内である、請求項２に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項４】
前記制御手段（３０２）が、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の測定を行う前に、前記以前に検知された実際のセンサ信号の量から前記補正値を差し引くように、または前記以前に検知された実際のセンサ信号の量を最初に補正値として記憶し、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の後続の測定を行ってから、これによって取得した測定値から前記記憶した補正値をオフセットとして差し引くために、前記測定が行われてから、前記記憶した補正値を前記測定されたセンサ信号の量から差し引くように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項５】
前記制御手段（３０２）が、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記実際のセンサ信号の検知、ならびに任意のポンプ行程の前、または各ポンプ行程の前の、後続のセンサ信号の補正を行うように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項６】
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）が、前記マイクロポンプ（１０１）を通る、前記吐出される流体（１０４、１０５、１０９）の自由流れを防止するために、前記入口側に、前記出口側と同一の圧力、または前記出口側よりも低い圧力をもたらすように構成された手段を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項７】
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）が、前記入口側および／または前記出口側に配置された弁（１４０ａ、１４０ｂ）を備え、前記弁（１４０ａ、１４０ｂ）が、能動的常時閉弁および／または能動的常時開弁、ならびに／あるいは限界圧力未満で閉じる、動作限界圧力を有する弁、および／または二重常時閉マイクロ弁および／もしくは安全弁である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項８】
前記流量測定手段（１０８ａ、１０８ｂ）が、前記開口部（１０７ａ、１０７ｂ）の前に印加された前記圧力、ならびに前記開口部（１０７ａ、１０７ｂ）の後ろに印加された前記圧力を測定するように、かつ前記差圧を判定するように構成された差圧センサとして構成され、前記制御手段（３０２）が、
【数１】
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によって、前記流体（１０４、１０５）の前記流量Ｑを積分することによって、前記流量測定手段（１０８ａ、１０８ｂ）を流れて通った前記流体（１０４、１０５）の前記流体体積Ｖを判定するように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項９】
前記制御手段（３０２）が、前記吸引行程における前記マイクロポンプ（１０１）の前記行程体積を、前記入口側に配置された差圧センサ（１０８ｂ）によって判定された前記流量を積分することによって判定するように、かつ前記加圧行程における前記マイクロポンプ（１０１）の前記行程体積を、前記出口側に配置された差圧センサ（１０８ａ）によって判定された前記流量を積分することによって判定するように構成される、請求項８に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１０】
前記制御手段（３０２）が、前記マイクロポンプ（１００、３００）の障害を検知するために、前記吸引行程で判定された前記行程体積と、前記加圧行程で判定された前記行程体積とを比較するように、かつ体積行程の差を判定するように構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１１】
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）が、開口部（１１１）および流量測定手段（１１２）を有する第２の流量センサ（１１０）を備え、前記流量測定手段（１１２）が、前記開口部（１１１）を通過する、前記流体（１０４）の前記流量を判定するように構成され、前記第２の流量センサ（１１０）が前記入口側に、前記第１の流量センサ（１０６）が前記出口側に配置される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１２】
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）の障害を較正および／または検知する前記手段（１１３、３１３）が、前記マイクロポンプ（１０１）、ならびに前記出口側に配置された前記第１の流量センサ（１０６）、および前記入口側に配置された前記第２の流量センサ（１１０）を制御するように構成された制御手段（３０２）を含み、その結果、前記第１の流量センサ（１０６）および前記第２の流量センサ（１１０）の両方が、前記マイクロポンプ（１０１）が前記吐出される流体（１０４）を吸引するときに、前記第１の流量センサ（１０６）および前記第２の流量センサ（１１０）の前記各開口部（１０７、１１１）を通って流れる前記流体（１０４、１０５）の前記流量を判定し、前記制御手段（３０２）が、前記第１の流量センサ（１０６）によって判定された前記流量と、前記第２の流量センサ（１１０）によって判定された前記流量とを比較するようにさらに構成され、これによって、前記障害を較正および／または検知する前記手段（１１３、３１３）が、前記マイクロポンプ（１０１）の前記吸引行程において、前記出口側の前記弁（３１０）で前記出口側の漏洩流を検知できる、請求項１１に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１３】
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）の障害を較正および／または検知する前記手段（１１３、３１３）が、前記マイクロポンプ（１０１）、ならびに前記第１の出口側に配置された前記第１の流量センサ（１０６）、および前記入口側に配置された前記第２の流量センサ（１１０）を制御するように構成された制御手段（３０２）を含み、その結果、前記第１の流量センサ（１０６）および前記第２の流量センサ（１１０）が、前記マイクロポンプ（１０１）が前記吐出される流体（１０５）を前記出口（１０３）から吐出するときに、前記第１の流量センサ（１０６）および前記第２の流量センサ（１１０）の前記各開口部（１０７、１１１）を通って流れる前記流体（１０４、１０５）の前記流量を判定し、前記制御手段（３０２）が、前記第１の流量センサ（１０６）によって判定された前記流量と、前記第２の流量センサ（１１０）によって判定された前記流量とを比較するようにさらに構成され、これによって、前記障害を較正および／または検知する前記手段（１１３、３１３）が、前記マイクロポンプ（１０１）の前記加圧行程において、前記入口側の前記弁（３１１）で前記入口側の漏洩流を検知できる、請求項１１または１２に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１４】
前記マイクロポンプ（１０１）が、前記入口（１０２）と前記出口（１０３）との間に配置されたポンプ室（２０２）と、前記ポンプ室（２０２）の領域の少なくとも一部に配置された膜（２２２）と、膜を撓ませる手段（２２１）とを備え、前記膜を撓ませる手段（２２１）が、前記吐出される流体（１０４、１０６、１０９）を吸引するために前記ポンプ室（２０２）の体積が増加するように、かつ前記吐出される流体（１０４、１０６、１０９）を吐出するために前記ポンプ室（２０２）の体積が減少するように、前記膜（２２２）を撓ませるように構成される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１５】
前記膜を撓ませる手段（２２１）が、圧電素子であって、前記圧電素子（２２１）に印加された電圧に応じて、前記膜（２２２）を撓ませるように構成される、請求項１４に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１６】
前記制御手段（３０２）が、前記第１の流量センサ（１０６）によって判定された前記流量を所定の流量比較値と比較するように、かつ前記第１の流量センサ（１０６）によって判定された前記流量が、前記所定の流量比較値と等しいかまたはこれよりも大きくなるまでの間、前記マイクロポンプ（１０１）を制御するように構成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１７】
低流体容量の流体接続手段が、前記マイクロポンプ（１０１）と、前記第１の流量センサ（１０６）および／または前記第２の流量センサ（１１０）との間に配置され、特に、前記マイクロポンプ（１０１）の動作圧力の変化に対して体積が常に一定の流体接続手段、および／または低流体インダクタンスの流体接続手段である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１８】
前記流量センサ（１０６、１１０）が、前記出口（１０３）および入口（１０２）で、それぞれ、前記マイクロポンプ（１０１）の底面において、前記マイクロポンプ（１０１）の直前または直後に直接配置される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のマイクロドージングシステム（１００、３００）。
【請求項１９】
マイクロドージングシステム（１００、３００）によって、吐出される量の流体を投与する方法であって、
入口（１０２）および出口（１０３）を有する、マイクロポンプ（１０１）を設けるステップと、
前記マイクロポンプ（１０１）の前記入口（１０２）を介して、前記吐出される流体（１０４、１０５、１０９）を吸引するステップと、
開口部（１０７ａ、１０７ｂ）および流量測定手段（１０８、１０８ｂ）を有する、前記入口側または前記出口側に配置された第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）を設けるステップと、
前記マイクロポンプ（１０１）の前記出口（１０３）から、前記吸引した流体（１０４、１０５、１０９）の少なくとも一部を吐出するステップと、
前記流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記開口部（１０７ａ、１０７ｂ）を通過した、前記流体（１０４、１０５、１０９）の前記流量を判定するステップと、
前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）のセンサドリフトを相殺して、前記マイクロドージングシステム（１００、３００）を較正するために、前記マイクロドージングシステム（１００、３００）の障害を較正および／または検知するステップとを含み、
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）の障害を較正および／または検知する前記ステップが、
前記マイクロポンプ（１０１）が動作していないときに、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の実際のセンサ信号を検知することと、
前記検知された実際のセンサ信号に基づいて、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の後続のセンサ信号を補正することとを含む、方法。
【請求項２０】
前記マイクロドージングシステム（１００、３００）の障害を較正および／または検知する前記ステップが、
補正値を決定し、かつ差分値を取得するために、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記検知された実際のセンサ信号の量から、前記補正値を差し引くことと、
前記取得された差分値を、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の後続のセンサ信号用の補正された始点として使用することとを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記補正値を決定するステップが、
前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記検知された実際のセンサ信号の量に対応する量の補正値を決定することと、
前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記検知した実際のセンサ信号の量に、前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記検知した実際のセンサ信号の±１０％の量の許容値、または前記第１の流量センサ（１０６ａ、１０６ｂ）の前記検知した実際のセンサ信号の±２０％の量の許容値を加えた範囲内の量の、前記補正値を決定することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記マイクロポンプ（１０１）が動作していないときに、前記入口（１０２）から前記出口（１０３）への、前記吐出される流体（１０４、１０５、１０９）の自由流れが起きないことを確実にするステップをさらに含む、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記入口側に圧力を加え、かつ前記出口側に圧力を加えるステップであって、前記入口側の前記圧力が、前記出口側の前記圧力と等しいか、またはこれよりも小さい、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記入口側および／または前記出口側に配置された弁（１４０ａ、１４０ｂ）を設けるステップであって、前記弁（１４０ａ、１４０ｂ）が、能動的常時閉弁および／または能動的常時開弁、ならびに／あるいは限界圧力未満で閉じる、動作限界圧力を有する弁、および／または二重常時閉マイクロ弁および／もしくは安全弁である、弁（１４０ａ、１４０ｂ）を設けるステップを含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
第２の流量センサ（１１０）を設けるステップであって、前記第１の流量センサ（１０６）が前記出口側に、かつ前記第２の流量センサ（１１０）が前記入口側に配置される、第２の流量センサ（１１０）を設けるステップをさらに含む、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記入口（１０２）を介して、前記吐出される流体（１０４）を吸引するステップと、
前記入口側に配置された第２の流量センサ（１１０）の、前記開口部（１１１）を通って流れる前記流体の前記流量を測定し、かつ前記出口側に配置された前記第１の流量センサ（１０６）の、前記開口部（１０７）を通って流れる前記流体の前記流量を測定するステップと、
前記２つの測定された流量を比較するステップとをさらに含む、請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記出口（１０３）を介して、前記吐出される流体（１０４）を吐出するステップと、
前記入口側に配置された第２の流量センサ（１１０）の、前記開口部（１１１）を通って流れる前記流体の前記流量を測定し、かつ前記出口側に配置された前記第１の流量センサ（１０６）の、前記開口部（１０７）を通って流れる前記流体の前記流量を測定するステップと、
前記２つの測定された流量を比較するステップとをさらに含む、請求項１９〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記入口（１０２）を介して、前記吐出される流体（１０４）を吸引して、前記入口側に配置された前記第２の流量センサ（１１０）の、前記開口部（１１１）を通って流れる前記流体の前記流量を測定するステップと、
前記出口（１０３）を介して、前記吐出される流体（１０４）を吐出して、前記出口側に配置された前記第１の流量センサ（１０６）の、前記開口部（１０７）を通って流れる前記流体の前記流量を測定するステップと、
前記２つの測定された流量を比較するステップとをさらに含む、請求項２６または２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の特徴を有する、吐出される量の流体を投与するためのマイクロドージングシステム、ならびに請求項１６の特徴を有する、吐出される量の流体を投与する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な分野において、例えば、薬剤の投与時、または芳香剤の投与時に、正確で費用対効果の高いマイクロドージングシステムに対する需要がある。このようなマイクロドージングシステムの構成部品は、通常は例えば、マイクロ膜ポンプ等のポンプである流体作動装置と、流量センサ等の、流体の流れをモニタするための部品である。
しかしながら、知られているマイクロドージングシステムは、通常、大型で高価である。
【０００３】
受動的逆止弁を有するマイクロ膜ポンプが、例えば、国際公開第０３／０９５８３７号パンフレットで知られている。そこで開示されているマイクロ膜ポンプは、出口側に配置された、自由噴流を生成するためのノズルチップに結合されている。
【０００４】
国際公開第９８／４８３３０号パンフレットからは、例えば、マイクロドージングチップの形状の流量センサが知られ、これは圧電抵抗圧力センサの技術に基づいている。マイクロドージングチップは、膜を備える。膜は、測定される流れのオリフィス板として機能する、開口部を有する。
【０００５】
圧電抵抗圧力センサは、一方では、製造時の費用対効果が高いが、他方では、特に、接着、締め付け等の組み立てによって誘発される応力に対して、非常に敏感である。上述した国際公開第９８／４８３３０号パンフレットで知られるマイクロドージングチップは、組み立て中に同一の挙動を示す。
【０００６】
組み立て中に誘発されるこのような応力のために、知られている圧力センサおよび流量センサは、それぞれ、従来の方法で組み立てられるときに望ましくないドリフト挙動を示す。高品質の圧力センサおよび流量センサは、それぞれ、センサドリフトを防ぐために、応力のない高価な方法で組み立てる必要があるが、これによって費用が増加する。
【０００７】
センサドリフトを削減するための知られている選択肢は、例えば、マイクロドージングチップのシリコンウェハに、ガラスウェハを適用することである。あるいは、マイクロドージングチップを、非常に応力の少ない組み立て方法で組み立ててもよい。
【０００８】
このような応力のない取り付け方法は、しかしながら、非常に高価であり、製造費用を下げる必要性から、やはりこのようなマイクロドージングチップを用途に用いることの妨げになっている。
【０００９】
しかしながら、マイクロドージングポンプおよびマイクロドージングチップが、費用対効果の高い製造方法で互いに結合されれば、マイクロドージングチップのセンサ値は、上述の理由によって、すなわち組み立て中に誘発された応力によってドリフトし、マイクロドージングシステムの正確な投与を妨げる。
【００１０】
したがって、圧力センサおよび流量センサが、それぞれ正確に動作、すなわち大きなドリフトなく動作するには、マイクロドージングシステムの費用対効果の高い製造との間にトレードオフが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第０３／０９５８３７号パンフレット
【特許文献２】国際公開第９８／４８３３０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、費用対効果の高い組み立てを行いながら、上述のセンサドリフトの問題を減少または防止できるマイクロドージングシステムを提供することが望まれており、これが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有するマイクロドージングシステム、ならびに請求項１６の特徴を有する方法によって達成される。
【００１４】
吐出される量の流体を投与するための発明的マイクロドージングシステムは、特に、入口および出口を有するマイクロポンプを備え、入口を介して、吐出される流体を吸引し、かつ流体の少なくとも一部を出口から吐出するように構成される。また、マイクロドージングシステムは、開口部および流量測定手段を有する、入口側または出口側に配置された第１の流量センサを備え、流量測定手段は、この開口部を通過する流体の流量を判定するように構成される。流量測定手段によって、流量センサは、マイクロポンプによって吐出される流体の量をそれぞれ測定およびモニタすることができる。ここで、吐出される流体は、流量センサに設けられた開口部を通って流れる。この工程で発生する差圧に基づいて、例えば、流量センサは、流量測定手段によって、流量センサの開口部を通って流れる、吐出される流体の流量を判定することができる。また、発明的マイクロドージングシステムは、マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段を備える。マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段は、マイクロドージングシステムを較正するように構成され、第１の流量センサのセンサ信号は、定義された初期値、例えば、任意の時間ｔ０で値ゼロに設定される。流量センサは、任意の時間に、それぞれ較正および「ゼロに設定」することができる。流量センサがセンサドリフトを示す場合、このドリフト、すなわち経時的に変化するセンサ信号は、任意の時間ｔ０で、それぞれ、リセット、ならびに較正および「ゼロに設定」することができる。したがって、障害を較正および／または検知する手段によって、マイクロドージングシステムは、任意の時間に再較正することができる。このようにして、組み立てによって誘発される、時間ｔ０でのセンサドリフトが、本発明によって補正されるため、エポキシ樹脂で接着する等の、簡易かつ費用対効果の高い組み立て方法で製造した流量センサが使用可能になる。
【００１５】
実施形態によれば、マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段は、マイクロポンプが動作していないときに、第１の流量センサの実際のセンサ信号を検知するように、かつこれに基づいて、第１の流量センサの後続のセンサ信号を補正するように構成された、制御手段を備える。
【００１６】
制御手段は、補正値を決定するように、かつ第１の流量センサの検知された実際のセンサ信号の量から、補正値を差し引くように構成することが可能であり、取得された差分値は、第１の流量センサの後続のセンサ信号用の、補正された始点を形成する。制御手段が、流れがない（例えばマイクロポンプが動作していないとき）と判定すると、流量センサは、障害を較正および／または検知する手段によって、それぞれ較正され、かつ「ゼロに設定」される。制御手段は、例えば、流量センサの現在の実際の値を検知して、得られた信号を現在の「ゼロ流量値」、ならびにゼロ点または始点にそれぞれ指定するために、補正値を用いてこれを補正することができる。補正値は制御手段によって決定され、検知された実際のセンサ信号に基づいている。補正値は、検知された実際のセンサ信号から差し引かれる。このようにして取得された差分値は、後続のセンサ信号の新たな始点として機能する。言い換えれば、現在の実際のセンサ信号が、新たな「ゼロ信号」として指定される。この新たな「ゼロ信号」は、流量センサがまだ再度のドリフトを生じていない、流量センサによる測定の直後に、オフセットとして測定信号から差し引くことができる。例えば、補正値は、測定された実際のセンサ信号の量に対応していてもよく、かつこれから差し引かれてもよい。例えば、ポンプが動作していないときに、センサドリフトによって±５０ｍＶの実際のセンサ信号が測定された場合、５０ｍＶの補正値を実際のセンサ信号の量から差し引くことができる。つまり、±５０ｍＶのセンサ信号の実際の値の量は、やはり５０ｍＶの量の補正値で補正される。このようにして、ドリフトしているセンサ信号は、値ゼロにリセットされる。言い換えれば、流量センサのセンサ信号が時間によって変化するセンサドリフトを受ける場合は、障害を較正および／または検知する手段によって、任意の時間ｔ０で、センサドリフトの量をゼロに設定することができる。いわば、センサドリフトは、時間ｔ０で、それぞれ見えないようにされかつ補正されて、流量センサの現在のゼロ点は、時間ｔ０で再指定される。しかしながら、上述したように、補正値の量は、実際のセンサ信号の量に正確に対応している必要はない。補正値の量は、ゼロからセンサ信号の実際の値までの任意の値を有することも可能である。例えば、センサドリフトによって±５０ｍＶの実際のセンサ信号が測定されたときは、０ｍＶ〜５０ｍＶの間の任意の値を有する補正値を、実際のセンサ信号の量から差し引くことができる。この場合、例えば、４９ｍＶの補正値は、測定された実際のセンサ信号の量±５０ｍＶから差し引くことが可能となる。したがって、新たな差分値１ｍＶが取得され、これは後続の測定に、それぞれ新たな始点および「ゼロ点」として用いられる。上述の事例において、高価な組み立て方法で組み立てられておらず、機械的応力下で収容されている場合もある安価なセンサであっても、発明的マイクロドージングシステムに適切な、正確な流量センサとして用いることができる。
【００１７】
補正値は、実際のセンサ信号の量に、実際のセンサ信号の±１０％の許容値を加えるか、または実際のセンサ信号の±２０％の許容値を加えた範囲内とすることも可能である。したがって、±５０ｍＶの実際のセンサ信号値では、５０ｍＶ±１０％の範囲の補正値ｘ１、すなわち４５ｍＶ＜ｘ１＜５５ｍＶ、もしくは５０ｍＶ±２０％の範囲の補正値ｘ２、すなわち４０ｍＶ＜ｘ２＜６０ｍＶが選択されてもよい。
【００１８】
別の実施形態によれば、制御手段は、第１の流量信号の実際のセンサ信号の検知、ならびに任意のポンプ行程の前、または各ポンプ行程の前の、後続のセンサ信号の補正を行うように構成することができる。マイクロポンプの吸引行程および加圧行程は両方とも、ポンプ行程として数えられる。流量センサの新たな初期値および「ゼロ値」は、それぞれ、ポンプの各吸引行程および／または加圧行程の前に再指定することができ、すなわち、本マイクロドージングシステムは、ポンプの各吸引行程および／または加圧行程の前に再較正することができる。
【００１９】
マイクロドージングシステムは、入口側の圧力が出口側と同じか、または出口側よりも圧力を低くすることができる。例えば、マイクロドージングシステムは、入口リザーバおよび出口リザーバを備えてもよく、入口リザーバおよび出口リザーバは、同一の圧力レベルにある。入口側および出口側の両方に同一の圧力が広がることによって、前方、すなわち入口から出口に向かう方向に、吐出される流体の自由流れが起きることがない。入口側よりも出口側により高い圧力が印加された場合は、ポンプに設けられた逆止弁で、漏洩流ともいわれる逆方向への自由流れ、すなわち出口から入口への流れを防止することができる。前方および／または後方に自由流れが存在しないことが確認されると、制御手段は、流量センサの現在の実際の値を測定し、センサドリフトを考慮することによって、現在のゼロ値を再指定することができる。
【００２０】
マイクロドージングシステムは、入口側および／または出口側に配置された弁を備えることができ、弁は、能動的常時閉弁および／または能動的常時開弁、ならびに／あるいは限界圧力未満で閉じる、動作限界圧力を有する弁、および／または二重常時閉マイクロ弁および／もしくは安全弁である。このような弁を、例えば、入口側の圧力が出口側の圧力よりも高いときに用いることができる。この場合、自由流れは前方に発生する。これを防止するために、この実施形態によれば、上述の弁が用いられる。このような弁は、好ましくは入口側に配置される。これは、自由流れが起きないように入口を閉じる。出口側に配置された弁によっても、自由流れを防止することができる。能動的常時閉弁および／または能動的常時開弁として、例えば、欧州特許第１３２１６８６号明細書で知られる弁が用いられてもよい。動作限界圧力を有する弁として、例えば、ドイツ特許出願公開第１０２００８０３５９９０号明細書で知られる弁が用いられてもよい。二重常時閉マイクロ弁として、例えば、欧州特許第１５７６２９４号明細書で知られる弁が用いられてもよい。安全弁として、例えば、欧州特許第２２２０３７１号明細書で知られる弁が用いられてもよい。
【００２１】
実施形態によれば、マイクロドージングシステムは、開口部および流量測定手段を有する第２の流量センサを備えることができ、流量測定手段は、この開口部を通過する流体の流量を判定するように構成され、第２の流量センサは入口側に、第１の流量センサは出口側に配置される。このようにして、ポンプ入口を介してポンプに流入する、吐出される流体の量、ならびにポンプの出口を介して吐出される流体の量を判定することができる。これら２つの値は、障害を較正および／または検知する手段を用いて、特に制御手段によって、例えば、ポンプに流入する量を、ポンプによって実際に吐出される流体の量と比較するために、互いに比較することができる。２つの値が一致しないときは、マイクロドージングシステムは、弁の漏洩、またはポンプ室内の気泡等のエラーが発生したという結論を下すことができる。
【００２２】
マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段は、マイクロポンプならびに出口側に配置された第１の流量センサ、および入口側に配置された第２の流量センサを制御するように構成された制御手段を含むことが可能であり、その結果、第１の流量センサおよび第２の流量センサの両方が、マイクロポンプが吐出される流体を吸引するときに、第１の流量センサおよび第２の流量センサの各開口部を通って流れる流体の流量を判定し、制御手段は、第１の流量センサによって判定された流量と、第２の流量センサによって判定された流量とを比較するようにさらに構成される。ここで、２つの流量センサは、互いをモニタすることができる。このようにして、例えば、両方の流量センサが、障害を較正および／または検知する手段によって、ポンプの各吸引行程の前に、それぞれ、再較正されかつ「ゼロに設定」される。吸引行程中は、ポンプ室は、入口弁を通った、吐出される流体で満たされている。吸引された流体の流量は、入口側に配置された第２の流量センサで測定される。同時に、出口側に配置された第１の流量センサは、開口部を介して流体が判定できるかどうかを測定する。これは、ポンプの吸引行程中は実質的に液密に閉じられるべき出口から、流体が漏れていることを示している可能性がある。このようにして、漏洩量を含めて、起こり得る漏洩を検知することができる。このように、例えば、出口を閉じている弁が漏れている可能性を、本実施形態によって検知することができる。入口側で吸引された測定済みの流体の量を、同時間内に出口側での漏洩によって漏れた可能性のある流体の量と比較することによって、ポンプの実際の吸引量を正確に判定することができる。
【００２３】
別の実施形態によれば、マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段は、マイクロポンプならびに出口側に配置された第１の流量センサ、および入口側に配置された第２の流量センサを制御するように構成された制御手段を含むことができ、その結果、第１の流量センサおよび第２の流量センサの両方が、吐出される流体をマイクロポンプが出口から吐出するときに、第１の流量センサおよび第２の流量センサの各開口部を通って流れる流体の流量を判定し、制御手段は、第１の流量センサによって判定された流量と、第２の流量センサによって判定された流量とを比較するようにさらに構成される。ここで、２つの流量センサは、互いをモニタすることができる。このようにして、例えば、両方の流量センサが、障害を較正および／または検知する手段によって、ポンプの各加圧行程の前に、それぞれ、再較正されかつ「ゼロに設定」される。出口を通って出力された流体の量は、出口側に配置された第１の流量センサによって測定される。同時に、入口側に配置された第２の流量センサは、開口部を通って流れる流体が判定できるかどうかを測定する。これは、ポンプの加圧行程中は実質的に液密に閉じられるべき入口から、流体が漏れていることを示している可能性がある。このようにして、漏洩量を含めて、起こり得る漏洩を検知することができる。このように、例えば、入口を閉じている入口弁が漏れている可能性を、本実施形態によって検知することができる。出口側で吐出された測定済みの流体の量を、同時間内に入口側での漏洩によって漏れた可能性のある流体の量と比較することによって、ポンプの実際の吐出量および搬送量を正確に判定することができる。
【００２４】
入口側に配置された流量センサの流量センサ信号を積分することによって、吸引行程中のポンプの行程体積を判定することができる。出口側に配置された流量センサの流量センサ信号を積分することによって、加圧行程中のポンプの行程体積を判定することができる。制御装置は、両方の判定された行程体積を互いに比較することができる。起こり得る体積行程の差は、例えば、測定エラーを示している。
【００２５】
マイクロポンプは、入口と出口との間に配置されたポンプ室と、ポンプ室の領域の少なくとも一部に配置された膜と、膜を撓ませる手段とを備えることができ、膜を撓ませる手段は、吐出される流体を吸引するためにポンプ室の体積が増加するように、かつ吐出される流体を吐出するためにポンプ室の体積が減少するように、膜を撓ませるように構成される。マイクロポンプは、自吸膜ポンプとして形成されてもよい。
【００２６】
膜を撓ませる手段は、圧電素子に印加される電圧によって、膜を撓ませるように構成された圧電素子であってもよい。したがって、ポンプの動作は、低電圧で充分まかなうことができる。また、圧電素子を用いて、５００Ｈｚ等、マイクロポンプの高いクロック速度を実現することができる。
【００２７】
別の実施形態では、マイクロドージングシステムは、第１の流量センサの開口部を介して判定された流量が、所定の流量比較値と等しいかまたはこれよりも大きくなるまでの間、マイクロポンプを制御するために、第１の流量センサの開口部を介して判定された流量を所定の流量比較値と比較するように構成された、制御手段を備えることができる。このようにして、マイクロポンプは、好適には、所望かつ所定のそれぞれの量の流体を吐出することができる。１回のポンプ行程で吐出される量よりも多い量の排出が必要な場合は、制御手段は、所望の量に達するまでマイクロポンプを制御することができる。
【００２８】
低流体容量の流体接続手段、特に、マイクロポンプの動作圧力の変化に対して、体積が常に一定になる流体接続手段、ならびに／または低流体インダクタンスの流体接続手段を、マイクロポンプと、第１および第２のセンサとの間に配置することが可能である。マイクロポンプと電圧センサとの間には、低い「流体容量」のみ、または流体容量が存在しないことが好ましいが、例えば柔らかくて長いプラスチック管その他の弾性部品は、長くて柔らかい管が広がってその体積を拡張するため、流れが止まるまで時間遅延を引き起こす場合がある。つまり、マイクロポンプとドージングチップとの間に、長くて柔らかい導管が存在しないことが有効である。流体インダクタンスは、本質的に、ポンプ行程中に加速される必要がある、液柱の慣性を表す。液柱が不活性になるほど、液柱がポンプの動きに追従するのが遅くなる。高ポンプ周波数では、液柱は、一定の遮断周波数から開始するポンプの動きに追従することができなくなる。この挙動は、本質的に、低域通過挙動に対応する。したがって、できるだけ短く、かつできるだけ断面が大きい流体接続手段を提供することが好適である。
【００２９】
入口側に設けられた弁は、マイクロポンプと入口側に配置された流量センサとの間に配置されるか、または入口側に配置された流量センサの前に流れの方向に配置され、かつ出口側に設けられた弁は、マイクロポンプと出口側に配置された第１の流量センサとの間に配置されるか、または出口側に配置された第１の流量センサの後に流れの方向に配置されることが可能である。これは、自由流れを防止するために遮断弁を配置するのに、特に好適な位置である。
【００３０】
第１の流量センサは、出口側で、かつ少なくとも部分的に、マイクロポンプの出口に接触させて配置することが可能である。このようにして、ポンプ出口と流量センサとの間に、少なくとも部分的に直接接続が存在する。このようにして、吐出される流体が、ポンプ出口と流量センサとの間で覆われる必要がある流路は、好適には短く抑えることができる。したがって、ポンプ圧力は、ほとんど損失のない方法で、流量センサに移動することができる。
【００３１】
実施形態によれば、マイクロポンプは、出口側に弁を備えることができ、これは、マイクロポンプが吐出される流体を吸引するときは、出口を閉じるように構成され、かつマイクロポンプが出口から吐出される流体を吐出するときは、出口を開くように構成される。このような弁は、吐出される流体の望ましくない逆流、および後方への漏洩流を防止する。このようにして、この弁は、ポンプの加圧行程で、吐出される流体が出口弁を通過することを可能にする。しかしながら、ポンプの吸引行程では、吐出する新たな流体を入口を介してポンプ室の中に圧送することが可能になるように、出口を閉じることが望ましい。したがって、この弁は出口を閉じて、マイクロポンプの吸引行程において、出口を介して吐出される、流体の望ましくない逆流を防止する。
【００３２】
マイクロポンプは、入口側に弁を備えることができ、これは、マイクロポンプが吐出される流体を吸引するときは、入口を開くように構成され、かつマイクロポンプが出口から吐出される流体を吐出するときは、入口を閉じるように構成される。この弁は、例えば出口側の圧力が入口側の圧力よりも大きい場合に、ポンプの加圧行程で吐出される流体の望ましくない逆流、および後方への漏洩流をそれぞれ防止する。このようにして、この弁は、ポンプの吸引行程で、吐出される流体が入口弁を通って入ることを可能にする。しかしながら、ポンプの加圧行程では、ポンプ室の圧力を増大させることを可能にするために、入口を閉じることが望ましい。したがって、この弁はマイクロポンプの加圧行程で入口を閉じて、入口を介して吐出される、流体の望ましくない逆流を防止する。例えば、ポンプが動作していないときに、出口側の圧力が入口側の圧力よりも高い場合は、この弁は、後方、すなわち入口に向かう望ましくない漏洩流を防止することができる。
【００３３】
第２の流量センサは、少なくとも部分的に、マイクロポンプの入口に接触させて配置することが可能である。このようにして、ポンプ入口と第２の流量センサとの間に、少なくとも部分的に直接接続が存在する。したがって、吐出される流体が、第２の流量センサとポンプ入口との間で覆われる必要がある流路は、好適には短く抑えることができる。
【００３４】
実施形態によれば、マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段は、制御手段を備えることができ、これは、マイクロポンプが動作していないときに、第１の流量センサが、第１の流量センサの開口部を通って流れる流体の流量を判定するように、マイクロポンプおよび第１の流量センサを制御するように構成される。このようにして、ポンプが動作していないとき、すなわち吸引行程の前および加圧行程の前に、入口側および／または出口側に配置されたマイクロポンプの弁の、生じ得る漏洩を判定することができる。マイクロポンプの停止中、すなわちマイクロポンプが動作していないときは、入口側および／または出口側に配置された弁は閉じられ、特定の量の流体がポンプ室内にある。ポンプが動作していないため、ポンプ室に過圧は印加されない。出口弁が閉じており過圧が印加されていないにもかかわらず、出口側に配置された第１の流量センサが流れを測定する場合は、マイクロドージングシステムは、マイクロポンプの出口弁がしっかりと閉じていないこと、そして漏れていることを、それぞれ結論付けることができる。入口弁が閉じているにもかかわらず、入口側に配置された第１の流量センサが流れを測定する場合は、マイクロドージングシステムは、入口弁がしっかりと閉じていないこと、そして漏れていることを、それぞれ結論付けることができる。また、制御手段は、第１の流量センサの開口部で発生している漏洩流を検知することができる。このため、ポンプが動作していないときは、制御手段は、第１の流量センサの開口部における漏洩流の流量を測定する。漏洩流の流量は、差分値として記憶される。その後のポンプの動作時、例えばポンプの加圧行程中に、この差分値（すなわち以前に判定された漏洩流）は、ポンプの加圧行程中に実際に測定された流量から差し引かれる。このようにして、実際の流量、すなわち漏洩流を除いた流量が測定される。あるいは、差分値は、ポンプの動作行程の前に、流量センサの以前のゼロ点レベルから予め差し引いておくことも可能である。このようにして、以前に判定した漏洩流の量によってそれぞれ削減および補正された、新たなゼロ点が決定される。したがって、第１の流量センサが漏れているとき、この流量センサは、ポンプの各動作行程の前に、再較正かつゼロに設定することがそれぞれ可能である。
【００３５】
マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段は、制御手段を備えることも可能であり、これは、マイクロポンプが動作していないときに、第１の流量センサおよび／または第２の流量センサが、第１の流量センサおよび／または第２の流量センサの開口部を通って流れる流体の流量を判定するように、マイクロポンプ、ならびに第１の流量センサおよび／または第２の流量センサを制御するように構成される。このようにして、吸引行程の前および加圧行程の前に、入口側および出口側に配置された両方の弁の生じ得る漏洩を、それぞれ、同時に判定することができる。マイクロポンプの停止中、すなわちマイクロポンプが動作していないときは、入口側および出口側に配置された弁は閉じられ、特定の量の流体がポンプ室内にある。ポンプが動作していないため、ポンプ室に過圧は印加されない。出口弁が閉じており過圧が印加されていないにもかかわらず、出口側に配置された第１の流量センサが流れを測定する場合は、マイクロドージングシステムは、出口弁がしっかりと閉じていないこと、そして漏れていることを、それぞれ結論付けることができる。入口弁が閉じているにもかかわらず、入口側に配置された第２の流量センサが流量を測定する場合は、マイクロドージングシステムは、入口弁がしっかりと閉じていないこと、そして漏れていることを、それぞれ結論付けることができる。
【００３６】
実施形態によれば、マイクロポンプは、断続的に動作するポンプとして構成することができる。ここで、ポンプは、１つの圧力パルス、および一連の圧力パルスをそれぞれ生成する。このようにして、過渡的な経時変化する圧力信号が、流量センサに印加される。過渡信号を分析することによって、各流量センサの開口部の遮断を検知することが可能になる。静流では、流量センサは、開口部が遮断されているかどうかを区別することができない。しかしながら、流量センサに印加された過渡的な時間依存性の信号は、開口部が遮断されているかどうかによって異なる。開口部が遮断されていないときは、マイクロポンプによって生成された圧力パルスは、数ミリ秒以内に再度減少する。開口部が遮断されると、流れ出ることのできない過圧が増大する。これは、流量センサの信号分析によって検知することができる。
【００３７】
本発明の実施形態が図面に示され、以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】発明的マイクロドージングシステムである。
【図１Ｂ】発明的マイクロドージングシステムの別の実施形態である。
【図２Ａ】別の実施形態による、発明的マイクロドージングシステムの側断面図である。
【図２Ｂ】また別の実施形態による、発明的マイクロドージングシステムの側断面図である。
【図３】さらに別の実施形態による、発明的マイクロドージングシステムの側断面図である。
【図４】発明的方法のブロック図である。
【図５】ポンプ室圧力の経時的変化を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１Ａは、吐出される量の流体を投与するための、発明的マイクロドージングシステム１００を示す。吐出される流体は、例えば、気体または液体であってもよい。流体は、異なる流動学的特性を有していてもよい。例えば、流体は、低粘度であってもよい。低粘度の流体は、例えば、クリームやローションであってもよい。流体は、医学的有効成分を含んでいてもよい。流体はまた、例えば、芳香剤を含む脱臭剤溶液であってもよい。
【００４０】
マイクロドージングシステム１００は、マイクロポンプ１０１を備える。マイクロポンプ１０１は、入口１０２および出口１０３を有する。
【００４１】
マイクロポンプ１０１は、矢印１０４で示す吐出される流体を、入口１０２を介して吸引するように構成される。また、マイクロポンプ１０１は、矢印１０５で示す流体の少なくとも一部を、出口１０３から吐出するように構成される。
【００４２】
マイクロドージングシステム１００は、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂを備える。第１の流量センサ１０６ａは、出口側に配置され、すなわちこれは、マイクロポンプ１０１の出口１０３の側にある。必要に応じて、第１の流量センサ１０６ｂが、出口側ではなく入口側、すなわち入口１０２の側に配置されてもよく、この選択肢に従って、第１の流量センサ１０６ｂが必要に応じて入口側に配置されることが、図１Ａにおいて点線で示されている。
【００４３】
第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂは、開口部１０７ａ、１０７ｂを有する。吐出される流体１０４、１０５は、この開口部１０７ａ、１０７ｂを通過することができる。また、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂは、流量測定手段１０８ａ、１０８ｂを有する。流量測定手段１０８ａ、１０８ｂは、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂに構成された開口部１０７ａ、１０７ｂを通過する、流体１０４、１０５の流量を判定するように構成される。
【００４４】
開口部１０７ａ、１０７ｂは、オリフィス板とも呼ぶことができる。流量測定手段１０８ａ、１０８ｂは、例えば、オリフィス板１０７ａ、１０７ｂの前に印加された圧力、ならびにオリフィス板の後ろに印加された圧力を測定する圧力センサであってもよく、差圧を判定することができる。後述するように、差圧によって、オリフィス板１０７ａ、１０７ｂを通過した流量を判定することができる。流量の時間積分によって、通過した流量および流体の体積を判定することができる。このようにして、マイクロドージングシステムは、吐出される量の流体を投与することができる。
【００４５】
開口部およびオリフィス板１０７ａ、１０７ｂは、それぞれ、通過する流体の定義された流動抵抗を形成する。流動抵抗体を通って流れる体積流量、ならびに体積および質量流量は、それぞれ、流動抵抗体に印加される圧力の関数である。（トリチェリの法則に従って、粘度が高すぎない非圧縮性の液体の）体積流量Ｑは、比例定数ｃで、オリフィス板１０７ａ、１０７ｂの前で測定された圧力ｐ１と、オリフィス板１０７ａ、１０７ｂの後ろで測定された圧力ｐ２との差圧Δｐの平方根に比例する。
【００４６】
【数１】
0006309599.tif 000002
【００４７】
または一般に、オリフィス板領域Ａ、および液体の密度ρとして、
【００４８】
【数２】
0006309599.tif 000003
【００４９】
この排出係数μは、縮小λ（オリフィス板の鋭利な縁による流路の縮小を表す）の係数、および速度の係数ζ（オリフィス板での（軽微な）摩擦損失の影響を表す）から構成される。
【００５０】
【数３】
0006309599.tif 000004
【００５１】
また、上記の平方根のトリチェリの関係式は、開口部１０７ａ、１０７ｂが「オリフィス板」であって、すなわち開口部１０７ａ、１０７ｂの直径（または円形でない、例えば正方形のオリフィス板の一般的な寸法）が、オリフィス板１０７ａ、１０７ｂの厚さよりも著しく大きいオリフィス板であることを前提としている。これは例えば、流量センサ１０６ａ、１０６ｂの開口部１０７ａ、１０７ｂが、例えばシリコンの圧力センサ用膜での乾式食刻の手順で実現されたときの事例であり、通常は、膜厚が１０〜５０μｍ、膜の一般的な辺の長さが１〜３ｍｍ、そしてオリフィス板１０７ａ、１０７ｂの直径が５０〜１５００μｍの値を有する。開口部１０７ａ、１０７ｂの直径が、オリフィス板１０７ａ、１０７ｂの厚さよりも著しく大きいときは、流体の位置エネルギーは、主として運動エネルギーに変換され、結果的に上述のトリチェリの法則に従う。この場合、オリフィス板の流れにおける摩擦の影響は小さく、液体の粘度は極めて温度依存性が高い一方で、密度は本質的に温度に依存しないため、オリフィス板１０７ａ、１０７ｂを通る液体の流れが、本質的に温度に依存しないという利点がある。ここで、（小さいセンサ信号における平方根特性が急激であるために）流量センサ１０６ａ、１０６ｂは、小さい流量値では感度が低いことが１つの利点である。
【００５２】
オリフィス板１０７ａ、１０７ｂの直径が、オリフィス板１０７ａ、１０７ｂの厚さよりも著しく大きいものでないときは、摩擦の影響が増加する。したがって、平方根特性は直線部分をもつ。しかしながら、この場合は、圧力センサ信号と流れとの間の関係もまた判定できるため、これはマイクロドージングシステムの機能にとって重要ではない。粘度に対する温度の影響もまた既知であるため、この温度の影響は、（気体流について既に述べたように）温度を測定することによって、測定および補正することができる。また、チャネル流れには、流れと圧力降下との間にほぼ線形の関係が得られるという利点があり、これは、ハーゲンポアズイユの式により、円形チャネルの形状について一般的に知られている。
【００５３】
これにより、例えば、オリフィス板厚さと等しいか、またはそれよりも小さいオリフィス板直径（これによってオリフィス板がチャネルになる）を実現することが可能であり、このようにして、ごくわずかな量をモニタおよび投与できる、マイクロドージングシステム１００を実現することができる。
【００５４】
体積流量および流量Ｑはそれぞれ、さらに、ある時間単位の間に、（オリフィス板開口部１０７ａ、１０７ｂの断面に応じて）画定された流動抵抗を流れる、吐出される流体の体積の時間微分である。
【００５５】
【数４】
0006309599.tif 000005
【００５６】
体積流量Ｑを積分すると、この時間中に通過した媒体の体積となる。
【００５７】
【数５】
0006309599.tif 000006
【００５８】
上述したように、吐出される流体は、気体であってもよい。この場合、気体の体積は、温度と共に変化する。したがって、マイクロドージングシステム１００が、気体の各体積を判定するために、オリフィス板開口部１０７ａ、１０７ｂを通過する気体の温度を判定するように構成された温度センサ（ここでは図示せず）を備えていると有効な場合がある。好適には、温度センサは、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂに統合される。第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂが、例えば、半導体チップの形状のマイクロ流量センサとして構成されるときは、温度センサもまた、この半導体チップで構成されてもよい。
【００５９】
また、マイクロドージングシステム１００は、マイクロドージングシステム１００の障害を較正および／または検知する手段１１３を備える。この手段１１３は、望ましくないセンサドリフトを相殺するために、必要なときはいつでも第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂを再較正するように、あるいは必要なときに現在のゼロ点を再決定するように構成される。また、手段１１３は、マイクロドージングシステム１００の障害を検知するように構成される。この手段は、例えば、信号線１１４、１１５ａ、１１５ｂを介して、マイクロポンプ１０１、ならびにそれぞれ出口側および入口側に配置された、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂに接続されてもよい。
【００６０】
マイクロドージングシステム１００の障害を較正および／または検知する手段１１３は、制御手段３０２を含む。制御手段３０２は、マイクロポンプ１０１が動作していないときに、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂのセンサ信号の実際の値を検知するように、かつこれを現在のゼロ値に設定するように構成される。マイクロドージングシステム１００の障害を較正および／または検知する手段の構成部品としての制御手段３０２は、マイクロポンプ１０１を非動作状態に切り替える、すなわち、マイクロポンプ１０１は、吸引行程も加圧行程も行わない。このマイクロポンプ１０１の非動作状態では、吐出される流体が、入口１０２と出口１０３との間を流れることはない。
【００６１】
第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂのセンサ信号がドリフトする場合があり、すなわち、センサ信号の値は、時間ｔ１で経時的に変化すると考えられ、その結果、このセンサ信号は、以前の時間ｔ１に比べて、第２の時間ｔ２では異なる値を有する。これは、例えば、安価なセンサを収容していると、機械的応力によって誘発される場合がある。
【００６２】
したがって、制御手段３０２は、任意の時間ｔ０に、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂの現在のセンサ値を検知して、これを新しいゼロ値に設定することができる。言い換えれば、現在のセンサ値は、流れ測定手段１０８ａ、１０８ｂによる第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂの流量測定の直後に、オフセットとして測定信号から差し引かれてもよい。このようにして、マイクロドージングシステム１００は、測定の前に、障害を較正および／または検知する手段によって再較正される。
【００６３】
制御手段３０２は、補正値を決定するように、かつ第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂの検知された実際のセンサ信号の量から、補正値を差し引くように構成され、取得された差分値は、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂの後続のセンサ信号用の、補正された始点を形成する。
【００６４】
したがって、制御手段３０２が、流れがない（例えばマイクロポンプが動作していないとき、および／またはマイクロ弁が閉じているとき）と判定すると、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂは、障害を較正および／または検知する手段によって、それぞれ較正され、かつ「ゼロに設定」される。例えば、制御手段３０２は、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂの現在の実際の値を検知して、得られた信号を現在の「ゼロ流量値」、ならびにゼロ点または始点にそれぞれ設定するために、補正値を用いてこれを補正することができる。
【００６５】
補正値は、制御手段３０２によって決定され、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂの検知された実際のセンサ信号に基づいている。補正値は、検知された実際のセンサ信号から差し引かれる。取得された差分値は、後続のセンサ信号の新たな始点として機能する。言い換えれば、現在の実際のセンサ信号が、新たな「ゼロ信号」として設定される。この新たな「ゼロ信号」は、流量センサがまだ再度のドリフトを生じていない、流量センサによる測定の直後に、オフセットとして測定信号から差し引くことができる。
【００６６】
補正値は、例えば、測定された実際のセンサ信号の量に対応していてもよく、かつこれから差し引かれてもよい。例えば、ポンプが動作していないときに、センサドリフトによって±５０ｍＶの実際のセンサ信号が測定された場合、５０ｍＶの補正値を実際のセンサ信号の量から差し引くことができる。つまり、±５０ｍＶの量のセンサ信号の実際の値の量は、やはり５０ｍＶの量の補正値で補正される。したがって、ドリフトしているセンサ信号は、値ゼロにリセットされる。
【００６７】
第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂのセンサ信号の測定を行う前に、補正値は、以前に検知された実際のセンサ信号から差し引くことができる。このようにして、「ゼロ点」が再決定される。しかしながら、実際のセンサ値を補正値として最初に記憶し、測定を行ってから、この測定されたセンサ信号から差し引くことも可能である。この場合、補正値は測定が行われてから、オフセットとして、取得された測定値から差し引かれる。
【００６８】
補正値が、測定の前または後に、それぞれのセンサ信号から差し引かれるかかどうかとは無関係に、流量センサのセンサ信号が時間によって変化するセンサドリフトを受ける場合は、障害を較正および／または検知する手段によって、任意の時間ｔ０で、センサドリフトの量をゼロに設定することができる。いわば、時間ｔ０におけるセンサドリフトは、それぞれ見えないようにされかつ補正されて、流量センサの現在のゼロ点は、時間ｔ０で再決定される。
【００６９】
補正の量は、実際のセンサ信号の量に正確に対応している必要はない。補正値の量は、ゼロからセンサ信号の実際の値までの任意の値を有することも可能である。例えば、センサドリフトによって±５０ｍＶの実際のセンサ信号が測定された場合は、０ｍＶ〜５０ｍＶの間の任意の値を有する補正値を、実際のセンサ信号の量から差し引くことができる。この場合、例えば、４０ｍＶの量の補正値は、測定された実際のセンサ信号の量±５０ｍＶから差し引くことが可能となる。したがって、新たな差分値１ｍＶが取得され、これは後続の測定に、それぞれ新たな始点および「ゼロ点」として用いられる。
【００７０】
補正値は、実際のセンサ信号の量に、実際のセンサ信号の±１０％の許容値を加えるか、または実際のセンサ信号の±２０％の許容値を加えた範囲内とすることも可能である。したがって、例えば、実際のセンサ信号値が±５０ｍＶの場合は、５０ｍＶ±１０％の範囲の補正値ｘ１、すなわち４５ｍＶ＜ｘ１＜５５ｍＶ、もしくは５０ｍＶ±２０％の範囲の補正値ｘ２、すなわち４０ｍＶ＜ｘ２＜６０ｍＶが選択されてもよい。
【００７１】
制御手段３０２は、各ポンプ行程の前に、マイクロドージングシステム１００の較正を行うように構成される。したがって、制御手段３０２は、上述したように、マイクロポンプ１０１の吸引行程の前、および／または加圧行程の前に較正を行うことができる。
【００７２】
マイクロドージングシステム１００の較正の前に、ドリフトしているセンサ信号の十分な補正を可能にするために、入口１０２と出口１０３との間で、流体１０４、１０５、１０９の自由流れ、またはごく微小な流れが起きていないことが確実にされるべきである。これは特に、マイクロドージングシステム１００が、本発明によれば、入口側の圧力が出口側よりも低いことから確実にすることができる。例えば、図２Ａおよび図２Ｂを参照して以下でより詳細に説明する、リザーバ２０１が設けられてもよく、リザーバ２０１内の流体レベルは、常時、出口の流体レベルよりも下に維持される。この点においては、液体で満たされた接続流体チャネル（例えば２２５）が、入口の流体レベル、または出口の流体レベルよりも上にあるか、それとも下にあるかは無関係である。このようにして、リザーバ内の静水圧は、入口１０２と出口１０３との間に流体が自由に流れるほどにはならない。この配置では、圧力比の関係で、基本的に出口１０３から入口１０２に戻る逆流が起きる可能性があるが、マイクロポンプ１０１の受動的逆止弁３１０、３１１（図３を参照）が、逆に付勢されて逆流を防止し、その結果、確実に流れをなくす（またはごく微小な漏洩流のみにする）。
【００７３】
しかしながら、入口側に配置されたリザーバ２０１、および出口側に配置されたリザーバの両方が設けられてもよい。２つのリザーバの流体圧は、これらが同一の大きさになるように構成されてもよい。この場合、マイクロドージングシステム１００の入口側は、出口側とほぼ同一の圧力を有する。これにより、入口１０２と出口１０３との間の流体の自由流れも防止される。
【００７４】
マイクロドージングシステムの入口側が、出口側よりも高圧になる場合は、入口１０２と出口１０３との間の流体の自由流れを防止するために、構成上の手段がとられてもよい。図１Ｂに示す実施形態によれば、追加の弁１４０ａ、１４０ｂが設けられてもよい。弁１４０ａは、出口側に配置することができる。あるいは弁１４０ｂが、入口側に配置されてもよい。また、１つの弁１４０ａ、１４０ｂが、それぞれ出口側、および入口側に設けられてもよい。
【００７５】
弁１４０ａ、１４０は、入口１０２と出口１０３との間の流体の自由流れを防止できるように、閉じることができる。弁１４０ａ、１４０は、例えば欧州特許第１３２０６８６号明細書で知られているように、能動的常時閉弁であってもよい。弁１４０ａ、１４０ｂは、例えばドイツ特許出願公開第１０２００８０３５９９０号明細書で知られているように、限界圧力を下回ってしっかりと閉じる、動作限界圧力を有する弁であってもよい。弁１４０ａ、１４０ｂは、欧州特許第１５７６２９６号明細書で知られるような、いわゆる二重常時閉マイクロ弁であってもよい。弁１４０ａ、１４０ｂは、欧州特許第２２２０３７１号明細書で知られるような、いわゆる安全弁であってもよい。
【００７６】
図１Ｂに示すように、入口側に設けられた弁１４０ｂは、マイクロポンプ１０１と、入口側に配置された流量センサ１０６ｂとの間に配置されてもよい。入口側に設けられた弁１４０ｂは、代替的に、かつ好ましくは、これも流れの方向において、入口側に配置された流量センサ１０６ｂの前に配置されてもよい。この配置は、これによって流量センサ１０６ｂと、マイクロポンプ１０１との間の、デッドボリューム、流体容量、および流体インダクタンスが拡大されないため好ましい。出口側に設けられた弁１４０ａは、図１Ｂに示すように、マイクロポンプ１０１と、出口側に配置された流量センサ１０６ａとの間に配置されてもよい。出口側に設けられた弁１４０ａは、あるいは、これも好ましくは流れの方向において、出口側に配置された流量センサ１０６ａの後に配置されてもよい。
【００７７】
弁１４０ａ、１４０ｂに代えて、またはこれに加えて、マイクロポンプ１０１は、流体の逆流、すなわち出口１０３から入口１０２への逆流を防止するための受動的逆止弁を備えてもよい。このような逆止弁３１０、３１１については、図３を参照して、以下でより詳細に説明される。
【００７８】
弁１４０ａ、１４０ｂに代えて、またはこれに加えて、マイクロポンプ１０１は、能動弁を閉じることによって、流体の逆流、すなわち出口１０３から入口１０２への逆流を防止するための、能動的入口弁および能動的出口弁を備えてもよい。
【００７９】
能動的入口弁および能動的出口弁を有するこのようなマイクロポンプは、例えば、ドイツ特許出願公開第１０２３８６００号明細書で知られている。
【００８０】
能動弁を有する、このようなマイクロポンプの補助によって、能動弁の１つまたは両方が能動的に閉じられているときは、流体の逆流の他に、流体の順流（自由流れ）もまた防止することができる。まず、図２Ａは、発明的マイクロドージングシステム１００の別の実施形態を示す。マイクロドージングシステム１００は、マイクロポンプ１０１を備える。マイクロポンプ１０１は、入口１０２および出口１０３を有する。
【００８１】
より正確には、入口１０２は、入口開口部１０２ａ、および入口開口部１０２ａを囲む縁部１０２ｂを有する。出口１０３は、出口開口部１０３ａ、および出口開口部１０３ａを囲む縁部１０３ｂを有する。図２Ａに示す実施形態において、入口開口部１０２ａを囲む縁部１０２ｂ、および出口開口部１０３ａを囲む縁部１０３ｂは、一体的に形成される。
【００８２】
マイクロポンプ１０１は、矢印１０４で示す吐出される流体を、入口１０２を介して吸引するように構成される。また、マイクロポンプ１０１は、矢印１０５で示す流体の少なくとも一部を、出口１０３から吐出するように構成される。
【００８３】
マイクロポンプ１０１で、吐出される流体１０４を貯蔵するリザーバ２０１は、入口側に配置されてもよい。リザーバ２０１は、リザーバ２０１内の流体レベルが、入口１０２を出口１０３に接続する流体チャネル２２５の最下端よりも下になるように配置される。このようにして、リザーバ２０１に貯蔵された流体の静水圧は、入口１０２と出口１０３との間に流体が自由に流れるほどにはならない。
【００８４】
図２Ａに示す実施形態では、マイクロドージングシステム１００は、出口側に配置された第１の流量センサ１０６ａをさらに備える。第１の流量センサ１０６ａは、吐出される流体１０５が通過することのできる開口部１０７ａを有する。また、第１の流量センサ１０６ａは、流量測定手段１０８ａを有する。流量測定手段１０８ａは、第１の流量センサ１０６ａに形成された開口部１０７ａを通過する、流体１０５の流量を判定するように構成される。
【００８５】
この実施形態によれば、第１の流量センサ１０６ａは、出口側で、かつ少なくとも部分的に、マイクロポンプ１０１の出口１０３に接触させて配置される。より正確には、マイクロポンプ１０１に面する第１の流量センサ１０６ａの一部２０３ａ、２０３ｂは、出口開口部１０３ａを囲む、出口１０３の縁部１０３ｂに接触している。
【００８６】
マイクロドージングシステム１００は、マイクロドージングシステム１００の障害を較正および／または検知する手段１１３を備える。障害を較正および／または検知する手段１１３は、制御手段３０２を含む。この障害を較正および／または検知する手段１１３は、図１Ａおよび図１Ｂを参照して上述した、障害を較正および／または検知する手段１１３に対応し、したがって、本質的に同一の機能を有する。特に、ここでは出口側に配置された流量センサ１０６をゼロに設定することによって、ポンプ行程の前に、マイクロドージングシステム１００を較正する機能を果たす。このため、マイクロポンプ１０１が動作していないときは、制御手段３０２は、流量センサ１０６の現在のセンサ信号を検知し、このセンサ信号を新たなゼロ値として決定する。したがって、センサ信号のドリフトは、各ポンプ行程の前に補正することができる。
【００８７】
図２Ｂは、発明的マイクロドージングシステム１００の代替的な実施形態を示し、第１の流量センサ１０６ｂは、入口側に配置される。
【００８８】
マイクロポンプ１０２は、矢印１０４で示す吐出される流体を、入口１０２を介して吸引するように構成される。マイクロポンプ１０１は、矢印１０５で示す流体の少なくとも一部を、出口１０３から吐出するようにさらに構成される。
【００８９】
吐出される流体を貯蔵するリザーバ２０１は、マイクロポンプ１０１で、入口側に配置されてもよい。この場合、第１の流量センサ１０６ｂは、リザーバ２０１と、マイクロポンプ１０１の入口１０２との間に配置される。ここで、リザーバ２０１はまた、リザーバ２０１内の流体レベルが、入口１０２を出口１０３に接続する流体チャネル２２５の最下端よりも下になるように配置される。このようにして、リザーバ２０１に貯蔵された流体の静水圧は、入口１０２と出口１０３との間に流体が自由に流れるほどにはならない。
【００９０】
マイクロポンプ１０１は、リザーバ２０１から、吐出される流体を吸引する。第１の流量センサ１０６ｂは、吐出される流体１０４が通過することのできる開口部１０７ｂを有する。その後、吐出される流体１０４は、入口１０２の入口開口部１０２ａを通ってマイクロポンプ１０１に入る。
【００９１】
また、第１の流量センサ１０６ｂは、流量測定手段１０８ｂを有する。流量測定手段１０８ｂは、第１の流量センサ１０６ｂに形成された開口部１０７ｂを通過する、流体１０４の流量を判定するように構成される。
【００９２】
この実施形態によれば、第１の流量センサ１０６ｂは、入口側で、かつ少なくとも部分的に、マイクロポンプ１０１の入口１０２に接触させて配置される。より正確には、マイクロポンプ１０１に面する第１の流量センサ１０６ｂの一部２０４ａ、２０４ｂは、入口開口部１０２ａを囲む、入口１０２の縁部１０２ｂに接触している。
【００９３】
ここで、マイクロドージングシステム１００は、マイクロドージングシステム１００の障害を較正および／または検知する手段１１３をさらに備え、手段１１３は、図１Ａ、図１Ｂ、および図２Ａを参照して上述した、障害を較正および／または検知する手段１１３に対応する。
【００９４】
マイクロポンプ１０１は、入口１０２と出口１０３との間に配置されたポンプ室２０２を有する。マイクロポンプ１０１は、矢印１０９で示すように、吐出される流体を、ポンプ室２０２を介して圧送するように構成される。
【００９５】
図３は、発明的マイクロドージングシステム３００の別の実施形態を示し、第１の流量センサ１０６は、出口側に配置され、第２の流量センサ１１０は、入口側に配置される。
【００９６】
第２の流量センサ１１０は、開口部１１１、および流量測定手段１１２を有する。流量測定手段１１２は、この開口部１１２を通過する、流体１０４の流量を判定するように構成される。
【００９７】
この実施形態によれば、第２の流量センサ１１０は、入口側で、かつ少なくとも部分的に、マイクロポンプ１０１の入口１０２に接触させて配置される。より正確には、マイクロポンプ１０１に面する第２の流量センサ１１０の一部３０４ａ、３０４ｂは、入口開口部１０２を囲む、入口１０２の縁部１０２ｂに接触している。
【００９８】
出口側に、マイクロポンプ１０１は弁３１０を備え、これは、マイクロポンプ１０１が吐出される流体１０４を吸引するときは、出口１０３を閉じるように構成される。また、弁３１０は、マイクロポンプ１０１が、出口１０３から吐出される流体１０５を吐出するときは、出口１０３を開くように構成される。
【００９９】
入口側に、マイクロポンプ１０１は弁３１１を備え、これは、マイクロポンプ１０１が吐出される流体１０４を吸引するときは、入口１０２を開くように構成され、かつマイクロポンプ１０１が出口１０３から吐出される流体１０５を吐出するときは、入口１０２を閉じるように構成される。
【０１００】
マイクロドージングシステム３００は、マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３を備え、その機能は本質的に、図１Ａ〜図２Ｂを参照して上述した実施形態に対応する。マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３は、制御手段３０２を含む。制御手段３０２は、出口側に配置された第１の流量センサ１０６、および／または入口側に配置された第２の流量センサ１１０を制御するように構成される。制御手段３０２は、例えば、適当なマイクロコントローラであってもよい。制御手段３０２は、有線または無線接続３０３を介して、マイクロドージングシステム３００に接続される。制御手段３０２は、好ましくは、マイクロポンプ１０１、ならびに第１の流量センサ１０６および／または第２の流量センサ１１０に接続される。
【０１０１】
入口側に配置された流量センサ１０６、および／または出口側に配置された流量センサ１１０を「ゼロに設定する」ことによって、マイクロドージングシステム３００を較正する上述の選択肢の他に、マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３は、マイクロドージングシステム３００の障害を検知するように構成される。このような障害については、以下の文中でより詳細に説明される。
【０１０２】
例えば、入口側に配置されたマイクロポンプの弁３１０、および／または出口側に配置されたマイクロポンプ１０１の弁３１１の漏れを検知することができる。しかしながら、入口側に配置された流量センサ１１０、および／または出口側に配置された流量センサ１０６の漏れおよび機能不全もまた、それぞれ検知することができる。
【０１０３】
このような障害検知の目的では、制御手段３１０は特に、マイクロポンプ１０１、ならびに出口側に配置された第１の流量センサ１０６および入口側に配置された第２の流量センサ１１０を制御するように構成され、その結果、第１の流量センサ１０６および第２の流量センサ１１０の両方が、マイクロポンプ１０１が吐出される流体１０４を吸引するときに、第１の流量センサ１０６および第２の流量センサ１１０の開口部１０７、１１１のそれぞれを流れて通る流体１０４、１０５の流量を判定する。
【０１０４】
これは、マイクロポンプ１０１の吸引中、および吸引行程のそれぞれにおいて、入口側の流体１０４は、入口側に配置された第２の流量センサ１１０の開口部１１１を通って流れることを意味する。マイクロポンプ１０１の吸引行程中は、入口側に配置された弁３１１が開いて、吐出される流体はポンプ室２０２に流入することができ、これは矢印１０９で示されている。
【０１０５】
同時に、マイクロポンプ１０１の吸引行程では、出口側に配置された弁３１０が、出口１０３を閉じる。正常な弁３１０は、液密に出口１０３を閉じる。出口側に配置された弁３１０に異常があれば、流体はポンプ室２０２に流れ戻り、また、出口１０３を通って流れ戻り、第１の流量センサ１０６を通る。この排出流体は、出口側に配置された第１の流量センサ１０６の開口部１０７を通って流れ戻り、この排出流体の流量は、流量測定手段１０８によって判定される。
【０１０６】
ここで、この場合は、流量センサ１０６のオリフィス板１０７における差圧が負であって、負電圧はホイートストンブリッジで測定されるため、流量測定手段１０８の圧力センサ用膜もまた、逆流を検知できることに留意するべきである。
【０１０７】
したがって、制御手段３０２は、ポンプ１０１が吸引行程にあることを認識しており、出口側の弁３１０が出口を液密に閉じているはずなので、出口側に配置された流量センサで流れが測定可能であってはならない。制御手段３０２が、出口側に配置された流量センサ１０６で、まだ流れを測定している場合は、これは出口側の弁３１０の漏れ等の異常を示している。したがって、マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３は、出口側の漏洩流を検知することができる。マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３の一部としての制御手段３０２は、マイクロポンプ３０１の吸引行程において、マイクロドージングシステム３００の障害を検知することができる。
【０１０８】
また、制御手段３０２は、第１の流量センサ１１０によって判定された流量と、第２の流量センサ１０６によって判定された流量とを比較するように構成される。
【０１０９】
マイクロドージングシステム３００は、マイクロポンプ１０１の吸引行程において、出口側に配置された弁３１０の漏洩流を検知できるだけではない。マイクロドージングシステム３００はまた、マイクロポンプ１０１の加圧行程において、入口側に配置された弁３１１の漏洩流を検知することができる。
【０１１０】
このため、制御手段３０２は、マイクロポンプ１０１、ならびに入口側に配置された第２の流量センサ１１０を制御するように構成され、その結果、第２の流量センサ１１０は、マイクロポンプ１０１が、出口１０３から吐出される流体１０５を吐出するときに、第２の流量センサ１１０の開口部１１１を流れて通る流体１０４の流量を判定する。
【０１１１】
これは、流体１０５を排出するとき、およびマイクロポンプ１０１の加圧行程において、それぞれ、出口側に配置された弁３１０が開いて、ポンプ室２０２に存在する、吐出される流体１０９がポンプ室２０２から出て、出口側に配置された第１の流量センサ１０６の方向に、出口１０３を通って流れることができることを意味し、これは、矢印１０５で示されている。その後、吐出される流体１０５は、出口側に配置された第１の流量センサ１０６の開口部１０７を通って流れる。吐出される流体１０５の流量は、したがって流量測定手段１０８によって判定される。
【０１１２】
同時に、マイクロポンプ１０１の加圧行程において、入口側に配置された弁３１１が、入口１０２を閉じる。正常な弁３１１は、液密に入口１０２を閉じる。入口側に配置された弁３１１に異常がある場合は、流体はポンプ室２０２から入口１０２を通って、入口側に配置された第２の流量センサ１１０に戻る。第２の流量センサ１１０の開口部１１１を通って流れ戻ったこの流体、および流れ戻ったこの流体の流量は、流量測定手段１１２によって判定される。制御手段３０２は、ポンプ１０１が加圧行程にあることを認識しており、入口側の弁３１１が入口１０２を液密に閉じているはずなので、入口側に配置された第２の流量センサ１１０で流れが測定可能であってはならない。制御手段３２０が、入口側に配置された第２の流量センサで、まだ流れを測定している場合は、これは入口側の弁３１１の漏れ等の異常を示している。マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３は、したがって、入口側の漏洩流を検知することができる。マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３の一部としての制御手段３０２はまた、マイクロポンプ１０１の加圧行程において、マイクロドージングシステム３００の障害を検知することができる。
【０１１３】
上述において、発明的マイクロドージングシステム３００は、マイクロポンプ１０１が動作または使用されていないとき、すなわち吸引行程も加圧行程も行っていないときに、入口側の弁３１１、および／または出口側の弁３１０の漏洩流を検知することができる。
【０１１４】
このため、制御手段３０２は、マイクロポンプ１０１、ならびに第１の流量センサ１０６および／または第２の流量センサ１１０を制御するように構成され、その結果、第１の流量センサ１０６および／または第２の流量センサ１１０は、マイクロポンプ１０１が動作していないときに、第１の流量センサ１０６および／または第２の流量センサ１１０の開口部１０７、１１１を流れて通る流体１０４、１０５の流量を判定する。
【０１１５】
マイクロポンプ１０１が非動作状態であってかつ動作していないときは、それぞれ、ポンプ室２０２内に、負圧および過圧はそれぞれ存在しない。したがって、吐出される流体は、ポンプ室２０２では大気圧になる。この状態では、入口側の弁３１１、および出口側の弁３１０は、液密に閉じられている。
【０１１６】
ポンプ室２０２に存在する流体が、まだポンプ室２０２から漏れている場合は、この漏洩流体は、２つの弁のどちらが漏れているかによって、第１の流量センサ１０６および第２の流量センサ１１０のそれぞれに、かつ第１の流量センサ１０６の開口部１０７、および第２の流量センサ１１０の開口部１１１のそれぞれに流れる。漏洩流体の流量は、流量測定手段１０８、１１２のそれぞれによって判定される。
【０１１７】
制御手段３０２は、マイクロポンプ１０１が非動作状態であることを認識しているため、第１の流量センサ１０６および第２の流量センサ１１０によって検知された流体の流れは、マイクロドージングシステム３００のエラーおよび障害としてそれぞれ検知される。障害を較正および／または検知する手段３１３の一部としての制御手段３０２は、入口側の弁３１１、および／または出口側の弁３１０が漏れていること、および２つの弁３１０、３１１のどちらが漏れているかという情報を生成する。各流量測定手段１０８、１１２によって判定された漏洩流体の流量により、漏れている弁３１０、３１１の各漏洩量も判定することができる。マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３の一部としての制御手段３０２は、したがって、マイクロポンプ１０１が動作していないときであっても、マイクロドージングシステム３００の障害を検知することができる。
【０１１８】
マイクロポンプ１０１の吸引行程において、マイクロドージングシステム３００は、入口側に配置された流量センサ１１０によって判定された流体の流量に基づいて、ポンプ行程体積を判定することができる。マイクロドージングシステム３００は、吸引行程中に、入口側に配置された流量センサ１１０をどのくらいの量の流体が流れたか、およびこれに応じて、どのくらいの量がポンプ室２０２にあるかについての情報を受ける。
【０１１９】
マイクロポンプ１０１の加圧行程において、マイクロドージングシステム３００は、出口側に配置された流量センサ１０６によって判定された流体の流量に基づいて、ポンプ搬送体積を判定することができる。マイクロドージングシステム３００は、加圧行程中に、出口側に配置された流量センサ１１０をどのくらいの量の流体が流れて、ポンプ室２０２から出たかについての情報を受ける。
【０１２０】
流量を判定するために設けられた流量測定手段１０８、１１２が、差圧センサとして構成されている場合は、各流体の体積は、上記の式に従って、流量Ｑを積分することによって判定することができる。入口側の差圧センサ１１０によって判定された流量Ｑｉｎを積分することによって、吸引行程におけるポンプ１０１の行程体積を判定することができる。出口側に配置された差圧センサ１０６によって判定された流量Ｑｏｕｔを積分することによって、加圧行程におけるポンプ１０１の行程体積を判定することができる。制御装置３０２は、両方の行程体積を互いに比較することができる。起こり得る体積行程の差は、例えば、測定エラーまたは漏洩を示している。
【０１２１】
マイクロポンプ１０１の非動作状態において判定された弁３１０、３１１の漏洩量は、マイクロドージングシステム３００を較正するための、判定されたポンプ行程体積、および判定されたポンプ搬送体積のそれぞれに対する差分値として用いることができる。つまり、検知された漏洩量の判定値は、流量センサ１０６、１１０の開口部１０７、１１１を流れる流体の流量の、後続の測定のためのオフセットとして用いられてもよい。マイクロドージングシステム３００の障害を較正および／または検知する手段３１３の一部としての制御手段３０２はまた、したがって、入口側および／または出口側の弁３１０、３１１が漏れているときであっても、マイクロドージングシステム３００を較正することができる。
【０１２２】
この種の較正は、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、および図２Ｂに示すマイクロドージングシステム１００にも有効であり、このマイクロドージングシステム１００は、図３を参照して述べたマイクロドージングシステム３００と比較して、出口側または入口側に配置できる、第１の流量センサ１０６のみを備えている。したがって、障害を較正および／または検知する手段１１３を設けたこのようなマイクロドージングシステム１００は、入口側または出口側の弁１０６、１１０の漏洩流を検知することができる。
【０１２３】
このため、マイクロドージングシステム１００は、マイクロドージングシステム１００の障害を較正および／または検知する手段１１３の一部として、制御手段３０２を備え、これは、マイクロポンプが動作していないときに、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂが、第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂの開口部１０７ａ、１０７ｂを流れる流体１０４、１０５の流量を判定するように、マイクロポンプ１０１、および第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂを制御するように構成される。
【０１２４】
また、発明的マイクロドージングシステム１００、３００の全ての実施形態は、上述したように、第１の流量センサ１０６および／または第２の流量センサ１１０の起こり得るドリフトを補正するために、較正できるという利点を有する。
【０１２５】
例えば、制御手段３０２に基づいて、流体の流れが起きていないことが確実であるとき、例えば、マイクロポンプ１０１がオフになっているときは、第１の流量センサ１０６は「ゼロに設定」され、すなわち流量測定手段１０８が読み取られて、その読み取り値が「ゼロ流量値」、および／あるいはゼロ点もしくは始点とそれぞれみなされる。これにより、ゼロ点は、マイクロポンプ１０１の吸引行程および／または加圧行程のそれぞれの前に再決定することができる。
【０１２６】
したがって、第１の流量センサ１０６は、マイクロポンプ１０１の吸引行程および／または加圧行程のそれぞれの前、あるいは一定の時間内に再較正することができる。これにより、第１の流量センサ１０６の起こり得るセンサドリフトを相殺する。したがって、高価な組み立て方法で組み立てられておらず、機械的応力下で収容されている場合もある安価なセンサであっても、発明的マイクロドージングシステム１００、３００に適切な、正確な流量センサ１０６として用いることができる。これは、入口側に配置された第１の流量センサ１０６ａ、および出口側に配置された流量センサ１０６ｂの両方に当てはまる。したがって、同じことが第２の流量センサ１１０に当てはまる。
【０１２７】
実施形態によれば、制御手段３０２は、第１の流量センサ１６の開口部１０７を介して判定された流量を所定の流量比較値と比較するように、かつ第１の流量センサ１０６の開口部１０７を介して判定された流量が、所定の流量比較値と等しいかまたはこれよりも大きくなるまでの間、マイクロポンプ１０１を制御するように構成される。
【０１２８】
このようにして、発明的マイクロドージング装置１００、３００で、吐出される量の流体を正確に投与することができる。例えば、１．０μｌの流体の吐出量が所望され、マイクロポンプ１０１が、ポンプ行程毎に最大０．２５μｌを搬送できるときに、制御装置３０２は、所望の吐出量１．０μｌに達するまで、マイクロポンプ１０１を制御する。断続的に動作するマイクロポンプ１０１では、これは合計４回のポンプ行程になる。
【０１２９】
マイクロポンプ１０１の以下のより詳細な説明に関連して、再び図２Ａおよび図２Ｂを参照する。この実施形態によれば、本発明のマイクロドージングシステム１００、３００のマイクロポンプ１０１は、入口１０２と出口１０３との間に配置されたポンプ室２０２を有する。
【０１３０】
また、マイクロポンプ１０１は、ポンプ室２０２の領域の少なくとも一部に配置された膜２２２と、膜を撓ませる手段２２１とを有する。膜を撓ませる手段２２１は、吐出される流体１０４、１０５、１０９を吸引するためにポンプ室２０２の容積が拡大するように、かつ吐出される流体１０４、１０５、１０９を吐出するためにポンプ室２０２の体積が減少するように、膜２２２を撓ませるように構成される。
【０１３１】
マイクロポンプ１０１の吸引行程を行うために、撓ませる手段２２１によって膜２０２が持ち上げられる、すなわち上に向かって、かつマイクロポンプの端部２４０、２４１の方に向かって、それぞれ撓められる。
【０１３２】
マイクロポンプ１０１の加圧行程を行うために、膜を撓ませる手段２２１によって膜２２２が下げられる、すなわち底部に向かって、かつ流量センサ１０６、１１０の方向に、それぞれ撓められる。
【０１３３】
膜を撓ませる手段２２１は、好ましくは、圧電素子２２１に印加される電圧によって、膜２２２を撓ませるように構成された圧電素子である。
【０１３４】
上述の流量センサ１０６、１１０は、好ましくは、例えばシリコンからなる半導体チップとして構成される。チップ１０６、１１０において、膜２２０は、従来の食刻方法によって形成される（図２ｂ）。例えば、膜２２０に、ホイートストンブリッジ回路で配置された４つの抵抗体１０８が配置され、２つの抵抗体１０８はそれぞれ、図面に示す断面図に見ることができる。ホイートストンブリッジ回路は、流量測定手段１０８として機能する。流量センサ１０６、１１０に設けられた開口部１０７、１１１は、好ましくは、膜２２０に構成され、定義された流動抵抗で、順方向抵抗体として機能する。開口部１０７、１１１は、例えば乾式食刻によって、膜２２０に導入されてもよい。
【０１３５】
発明的マイクロドージングシステム１００、３００に用いられるポンプは、寸法の小さいマイクロポンプ１０１である。圧力センサ用膜２２０の横方向寸法は、例えば、好ましくは２×２ｍｍ２〜５×５ｍｍ２の範囲である。膜の厚さは、好ましくは２０μｍ〜６０μｍの範囲である。開口部の直径は、例えば、１０μｍ〜１００μｍの範囲であってもよい。また、複数の開口部１０７、１１１が、膜２２０に設けられてもよい。
【０１３６】
流量センサ１０６、１１０は、流量測定手段１０８、１１２によって、過渡的な、すなわち時間依存性の圧力信号に基づいて、開口部１０７、１１１を流れて通る流体の量を判定するように構成される。ここで、流量センサ１０６、１１０は、流量センサ１０６の膜２２０の、ポンプ入口１１０およびポンプ出口１０３のそれぞれに面する側と、膜２２０の、ポンプ入口１０２およびポンプ出口１０３のそれぞれから離れた方を向いている側との間の差圧を測定する。
【０１３７】
差圧は、経時的に変化する。このようにして、例えば、出口側に配置された流量センサ１０６では、膜２２０の、ポンプ出口１０３に面する側での、ポンプ行程の開始時に、高い初期圧力が印加され、これは、膜２２０の、ポンプ出口１０３から離れた方を向いている側に印加される圧力よりも高い。したがって、膜２２０のポンプ出口１０３に面する側の圧力分布の上昇端は、ポンプ行程の開始時に急激に上昇する。
【０１３８】
ポンプ行程がその終わりに近づくほど、より多くの流体が、膜２２０に形成された開口部１０７を既に通っている。したがって、膜２２０のポンプ出口１０３に面する側の過圧は、膜２２０のポンプ出口１０３から離れた方を向いている側の過圧に比べて、さらに削減される。したがって、圧力分布および圧力信号は、それぞれ、経時的な下降端を有する。
【０１３９】
ここで、流量センサ１０６、１１０は、開口部１０７、１１１を通る時間依存性の流体の流れが、測定された時間依存の圧力信号、および開口部１０７、１１１の静的な特性曲線から判定できるように構成される。この流体の流れは、投与された体積および流量をそれぞれ判定するために、経時的に積分されてもよい。
【０１４０】
したがって、圧力に基づいて、流量センサ１０６、１１０は、流量測定手段１０８、１１２によって、流量センサ１０６、１１０の開口部１０７、１１１を通って流れる、吐出される流体の流量を判定する。
【０１４１】
マイクロポンプ１０１がオフの状態であっても、マイクロポンプ１０１に確実に流体が流れないようにするために、以下のことが考慮されなければならない。一方において、「自由流れ」が生じてはならず、これについては、入口圧力が生じないことが保証される。これは、流体を含むリザーバ２０１が、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、常にマイクロポンプ１０１の下方に配置されることによって実現可能である。また、リザーバ２０１に過圧が印加されるべきではない。発明的マイクロドージングシステム１００、３００では、一般に、例えば投与パッチでこれを用いるために低圧が生じるべきである。
【０１４２】
また、閉じた弁３１０、３１１を通る流れが生じるべきではない。出口側の圧力が入口側の圧力よりも高い場合は、これらの弁３１０、３１１は閉じる。入口側の圧力が出口側の圧力よりも高い場合は、これらの弁３１０、３１１が開いて、いわゆる自由流れが発生する場合がある。これを防ぐために、追加の弁１４０ａ、１４０ｂ（図１Ｂ）が設けられてもよい。このような弁１４０ａ、１４０ｂは、例えば、以下の弁のうちの１つとして構成されてもよい。
【０１４３】
・能動弁
・閉じたＮＯ弁
・ＮＣ弁
・受動弁
・安全弁
・ＤＮＣ弁
・動作限界圧力を有するマイクロ弁
【０１４４】
また、本発明の実施形態によれば、好ましくは、マイクロポンプ１０１と流量センサ１０６、１１０との間に存在する流れが停止するまでの時間遅延を引き起こす、流体容量（柔らかいプラスチック管その他の弾性部品等）は存在しない。つまり、好適には、マイクロポンプ１０１と流量センサ１０６、１１０との間に、長くて柔らかいラインが存在しない。
【０１４５】
好適な配置は、例えば、安全弁を有するマイクロポンプ１０１が、例えば、出口および入口でそれぞれ、流量センサを直接マイクロポンプの底部に接着、（シールを介した）締め付け、はんだ付けすることによって、流量センサ１０６、１１０がマイクロポンプ１０１の直前または直後に配置されることである。
【０１４６】
発明的マイクロドージングシステム１００、３００の大きな利点は、流れの測定が非常に速く、圧力変化、そして最大１ミリ秒未満の流れの変化を解決できることである。これは、測定技術によって既に検証されている（『Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ＭＥＭＳ  ９９』、Ｏｒｌａｎｄｏ／ＵＳＡ、１９９９年１月１７〜２１日、ｐｐ．１１８〜１２３）。
【０１４７】
障害検知、ポンプ診断弁等
ポンプ室の圧力の変化、およびポンプ室に流入および流出する流れの変化もまた非常に速く起こるために、これは特に有効である。非常に迅速な流量センサ１０６、１１０により、障害を検知できるだけでなく、通常のポンプ機能を継続的にモニタすることができる。
【０１４８】
図５は、ポンプ室圧力（ｙ軸）を時間（ｘ軸）経過で表した第１のグラフ５０１、入口側に配置された流量センサ１０６ｂ、１１０における流れを時間経過で表した第２のグラフ５０２、および出口側に配置された流量センサ１０６ａにおける流れを時間経過で表した第３のグラフ５０３を示す。第１の時間部分Ｉでは、ポンプ１０１は吸引行程にある。第２の時間部分ＩＩでは、ポンプ１０１は、ポンプ行程および加圧行程のそれぞれにある。
【０１４９】
図５は、時間依存性のポンプ室圧力の経過５０１、およびポンプ弁３１０、３１１を流れる流れ５０２、５０３、そして異なる状態の流量センサ１０６ａ、１０６ｂ、１１０を例示的に示す。これらの状態は、気泡を含まないマイクロポンプ１０１（実線）、および１つまたはいくつかの気泡を含むマイクロポンプ１１１（点線）を示す。同時に、２つの流量センサ１０６、１１０によって測定される時間依存性の流れが示されている。
【０１５０】
ここでは、電圧信号が圧電素子１０８、１１２に印加されたときに、極めて迅速に電圧が増大し、そして低減される状態が示されている。例えば、圧電セラミックの電気容量がＣｐｉｅｚｏ＝１０ｎＦで、充電抵抗（またはバッテリの内部抵抗）が１ｋＯｈｍのとき、電圧は、時定数τ＝Ｒ＊Ｃ＝１ｋＯｈｍ＊１０ｎＦ＝１０マイクロ秒で増大するかまたは低減される。
【０１５１】
【数６】
0006309599.tif 000007
【０１５２】
また、圧力信号は、極めて迅速に伝播することができる。これは、空中では音速約３００ｍ／ｓ、液体または固体中では１，０００ｍ／ｓで行われる。マイクロポンプの一般的な厚さおよび長さ１〜１０ｍｍでは、圧力信号は、マイクロポンプ１０１の任意の場所に、数マイクロ秒以内に伝播する。
【０１５３】
したがって、いずれにせよ圧力信号は電気信号と同様の速度であり、これは、流体の等化工程よりもずっと速い。
【０１５４】
したがって、これらの時間は、ミリ秒の範囲の流体時間に比べて非常に速い。したがって、吸引行程における負圧、および加圧行程における過圧は、非常に速く増大する。この短時間に、著しい等化流れがマイクロ弁３１０、３１１を通ることはできない。このことは、電圧のオンとオフとの切り替えの直後の、ポンプ室内の大きい圧力振幅を説明している。
【０１５５】
圧力信号によって、弁３１０、３１１のそれぞれが逆に付勢され、弁が開いて、ポンプ室への流体の流入および流出がそれぞれ可能になる。この等化工程は、時定数によっても概ね説明することができ、マイクロ弁３１０、３１１の流体の流動抵抗Ｒｆｌ（漏洩量が存在しないとき、吸引行程では本質的に入口弁３１１の抵抗であり、加圧行程では出口弁３１０の抵抗）、およびポンプ室ＲＰＫ、ならびに駆動膜ＣＭの流体容量、およびポンプ室Ｃｇａｓ内の生じ得る気泡が影響するようになる。
【０１５６】
【数７】
0006309599.tif 000008
【０１５７】
ポンプ室内の気泡の存在は妨害を表し、その影響は、（気泡の大きさに応じて）流体容量が大きくなるかまたは小さくなることである。これは、過渡信号に対して、振幅が低減され、各ポンプ行程の等化工程が延長されるという２つの結果をもたらす。この影響は、流体容量の大きさに依存し、ひいては気泡の大きさに依存する。これにより、流量センサ１０６、１１０は、気泡の存在を検知できるだけでなく、気泡の大きさも定量化することができる。
【０１５８】
気泡が存在するとき、マイクロ弁３１０、３１１を開くことができるように圧力振幅が十分に大きい限りは、行程全体を引き続き行うことができ、これは、わずかに長くかかるだけで済む。しかしながら、マイクロポンプ１０１の動作周波数ｆ＝１／Ｔが十分に大きくなると、吸引行程および加圧行程の使用可能時間が、必要とされる等化工程よりも少なくなったときに、気泡による遅延のために、ポンプ行程が完全に行われなくなるという影響を及ぼす場合があることは明らかである。
【０１５９】
これにより、この高動作周波数におけるポンプ周期毎の搬送体積は、気泡があるときよりも気泡がないときのほうが大きいと考えられる。したがって、高動作周波数では、気泡がポンプ周期、ひいてはポンプ速度毎の、搬送量を変化させる。しかしながら、この両方を流量センサ１０６、１１０によって正確に検知することができる。マイクロドージングシステム１００は、搬送量の減少を測定できるだけでなく、その原因、すなわちポンプ室への気泡の浸入を判定することもできる。
【０１６０】
図５では、この事例が例示的に示されており、ここでは入口弁３１１が漏れており、加圧行程中は、時間ユニット毎に約６０％のみが正しい方向に搬送されるが、４０％は、漏れている入口弁３１１を通って流れ戻る。
【０１６１】
過渡分析の利点は、以下の例でも見ることができ、マイクロポンプ１０１が動作していないときおよび／またはマイクロ弁３１０、３１１が閉じているときは、マイクロドージングシステム１００に流れが通るべきではない。流量センサ１０６、１１０が、最後の較正と比較して差分値を示すときは、これには２つの原因がある可能性があり、１つは、センサ１０６、１１０がその間にドリフトした場合、またはマイクロ弁３１０、３１１に、（例えば粒子によって）漏洩量が生じた場合である。考えられるこれらの原因は、マイクロポンプ１１１が動作していないときは、流量センサ１０６、１１０によって区別することができない。上述した過渡的な測定値が、（例えば、入口弁３１１に対する加圧行程中の、入口側に配置された流量センサ１１０、および出口弁３１０に対する吸引行程中の、出口側に配置された流量センサ１０６で）漏洩流を判定するならば、上述の原因は明確に区別することができ、センサ１０６、１１０のドリフトは長い時間枠で行われ、ミリ秒の時間枠の各センサパルスは、したがって漏洩に割り当てることができる。
【０１６２】
また、一連の弁１４０ａ、１４０ｂ（ＮＣ、ＮＯ、ＤＮＣ等）のうちの１つが、（例えば粒子による）漏洩量を有するときに、診断ルーチンによって判定することができる。この場合、ポンプ１０１は、閉じた弁１４０ａ、１４０ｂと共に動作される。弁１４０ａ、１４０ｂがしっかりと閉じているときは、（弁１４０ａ、１４０ｂが、吸引ラインにあるか加圧ラインにあるかに応じて）各ポンプ行程中に、各流量センサ１０６、１１０に流れが通ることはできない。流量センサ１０６、１１０が、まだ過渡信号を判定する場合は、この弁１４０ａ、１４０ｂの漏れを明確に判定することができる。
【０１６３】
図４は、マイクロドージングシステム１００を用いて、吐出される量の流体を投与するための発明的方法のブロック図を示す。本発明によれば、個別の方法ステップ、特に図示されている、マイクロドージングシステム１００の障害を較正および／または検知する方法ステップ４０４は、図示されている順番とは異なる順番でも行うことができる。
【０１６４】
ステップ４０１で、入口１０２および出口１０３を有するマイクロポンプ１０１が設けられる。
【０１６５】
ステップ４０２で、吐出される流体１０４、１０５、１０９が、マイクロポンプ１０１の入口１０２を介して吸引される。
【０１６６】
ステップ４０３で、入口側または出口側に配置された第１の流量センサ１０６ａ、１０６ｂが設けられ、流量センサ１０６ａ、１０６ｂは、開口部１０７ａ、１０７ｂ、および流量測定手段１０８ａ、１０８ｂを有する。
【０１６７】
ステップ４０４で、マイクロドージングシステム１０１、３０１は、較正され、および／または障害が検知される。
【０１６８】
ステップ４０５で、吸引した流体１０４、１０５、１０９の少なくとも一部が、マイクロポンプ１０１の出口１０３から吐出される。
【０１６９】
ステップ４０６で、流量センサ１０６ａ、１０６ｂの開口部１０７ａ、１０７ｂを通過する流体の流量が判定される。
【０１７０】
概観として、図を参照して上述した発明的マイクロドージングシステム１００、３００のいくつかの利点を以下に挙げる。
【０１７１】
・２つの流量センサ１０６、１１０が、互いをモニタする。
・吸引行程の前に、流量センサ１０６、１１０の両方が、「ゼロに設定」される。
【０１７２】
・吸引行程については、
○入口側の弁３１１を介した、ポンプ室２０２の充填は、入口側に配置された流量センサ１１０によって測定される。
○同時に、出口側に配置された流量センサ１０６が、流量測定手段１０８によって、出口側の弁３１０の生じ得る漏洩量を測定する。
○流量センサ１０６、１１０の両方の流量センサ信号を積分することによって、行程体積が正確に判定される。
【０１７３】
・吸引行程後は、流量センサ１０６、１１０が再度「ゼロに設定」される。
・加圧行程については、
○出口側の弁３１０を介した、行程体積の排出は、出口側に配置された流量センサ１０６によって測定される。
○同時に、入口側に配置された流量センサ１１０が、流量測定手段１１２によって、入口側の弁３１１の生じ得る漏洩量を測定する。
○流量センサ１０６、１１０の両方の流量センサ信号を積分することによって、行程体積が再度正確に判定される。
○吸引行程測定に対する、生じ得る体積行程の差は、測定エラーを示す。
・加圧行程後は、電圧センサ１０６、１１０が再度ゼロに設定される。
【０１７４】
好適には、ポンプ速度を測定できるだけではなく、漏洩量を含む、ポンプ駆動の機能、および弁３１０、３１１の両方の機能を恒久的にモニタすることができる。
【０１７５】
発明的マイクロドージングシステム１００、３００の別の利点は、オリフィス板の遮断、すなわち流量センサ１０６、１１０の開口部１０７、１１１のそれぞれの遮断を検知する選択肢があることである。このようなオリフィス板の遮断の検知は、過渡信号分析によって行うことができる。
【０１７６】
静流では、流量センサ１０６、１１０は、オリフィス板および開口部１０７、１１１が、それぞれ遮断されているかどうかを区別することができない。しかしながら、流量センサ１０６、１１０の開口部１０７、１１１における過渡的な時間依存性の信号は、開口部１０７、１１１が遮断されているかどうかによって異なる。
【０１７７】
開口部１０７、１１１が遮断されていないときは、マイクロポンプ１０１によって生成された圧力パルスは、数ミリ秒以内に再度減少する。開口部１０７、１１１が遮断されると、流れ出ることのできない過圧が増大する。これは、各流量センサ１０６、１１０の信号分析によって検知することができる。
【０１７８】
装置に関連して、いくつかの態様について説明してきたが、これらの態様は、対応する方法の説明も表していることは明らかであり、その結果、ブロックまたは装置の機器もまた、方法ステップ、または方法ステップの特徴のそれぞれに対応している。同様に、方法ステップに関連して説明した態様もまた、対応するブロック、あるいは対応する装置の詳細または特徴の説明を表す。方法ステップの一部または全部は、例えば、時間分解サンプルおよび保持データ取得、マイクロプロセッサ、プログラム可能なコンピュータ、または電子回路等のハードウェア装置によって、（またはこれを用いて）実行されてもよい。いくつかの実施形態では、最も重要な方法ステップのいくつかは、このような装置によって実行することができる
【０１７９】
いくつかの実施要件に応じて、本発明の実施形態は、ハードウェアまたはソフトウェアに実装することができる。この実装は、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ、ハードディスクまたは電子的に読み取り可能な制御信号が記憶されている、他の磁気的または光学的メモリ等の、デジタル記憶媒体を用いて実行することができ、これらは、各方法が実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働することが可能であるか、または協働する。したがって、デジタル記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能であってもよい。
【０１８０】
本発明によるいくつかの実施形態は、電気的に読み取り可能な制御信号を含むデータ担体を備え、これは、本明細書で説明する方法の１つが実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働することができる。
【０１８１】
通常、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実装することができ、プログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータで実行されるときに、方法の１つを実行するために有効になる。
【０１８２】
プログラムコードは、例えば、機械読み取り可能な担体に記憶されてもよい。
【０１８３】
流量センサの時間分解データ取得、データ処理、マイクロポンプの制御、例えば圧電駆動または静電駆動のマイクロポンプに必要な高電圧の生成、ならびに制御および調整アルゴリズムが、例えば、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）に搭載されてもよく、これによって、マイクロドージングシステムのマイクロポンプ、流量センサ、制御およびＡＳＩＣの全体を、非常に小さい設置空間で実現することができる（例えば１０×１０×２ｍｍ３）。
【０１８４】
他の実施形態は、本明細書で説明する方法の１つを実行するためのコンピュータプログラムを含み、コンピュータプログラムは、機械読み取り可能な担体に記憶される。言い換えれば、発明的方法の実施形態は、したがって、コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるときに、本明細書で説明する方法の１つを実行するためのプログラムコードを含む、コンピュータプログラムである。
【０１８５】
発明的方法の別の実施形態は、したがって、本明細書で説明する方法の１つを実行するための、そこに記録されたコンピュータプログラムを含む、データ担体（またはデジタル記憶媒体もしくはコンピュータ可読媒体）である。
【０１８６】
発明的方法のさらに別の実施形態は、したがって、本明細書で説明する方法の１つを実行するためのコンピュータプログラムを表す、データ列または一連の信号である。データ列または一連の信号は、例えば、インターネットを介したデータ通信接続等を介して転送されるように構成されてもよい。
【０１８７】
別の実施形態は、本明細書で説明する方法の１つを実行するように構成されるかまたは適合された、コンピュータ、またはプログラム可能な論理装置等の処理手段を含む。
【０１８８】
別の実施形態は、本明細書で説明する方法の１つを実行するためのコンピュータプログラムをインストールしたコンピュータを含む。
本発明による別の実施形態は、本明細書で説明する方法の１つを実行するためのコンピュータプログラムを受信機に送信するように構成された、装置またはシステムを含む。送信は、電気的または光学的に行われてもよい。受信機は、例えば、コンピュータ、モバイル機器、メモリ装置等であってもよい。装置またはシステムは、例えば、コンピュータプログラムを受信機に転送するためのファイルサーバを有してもよい。
【０１８９】
いくつかの実施形態では、本明細書で説明する方法の機能のいくつか、または全てを実行するために、プログラム可能な論理装置（例えばＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ））が用いられてもよい。いくつかの実施形態では、ＦＰＧＡは、本明細書で説明する方法の１つを実行するために、マイクロプロセッサと協働してもよい。一般に、本方法は、好ましくは、任意のハードウェア装置で実行される。これは、コンピュータプロセッサ（ＣＰＵ）、またはＡＳＩＣ等の本方法に固有のハードウェア等の、普遍的に適用可能なハードウェアであってもよい。
【０１９０】
上述の実施形態は、本発明の原理の単なる例示である。本明細書で説明した配置および詳細の、修正および変形は、当業者には明らかであることが理解されよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、本明細書の実施形態の記述および説明として提示した、具体的な詳細によっては限定されないことを意図している。
【符号の説明】
【０１９１】
１００  マイクロドージングシステム
１０１  マイクロポンプ
１０２  入口
１０２ａ  入口開口部
１０２ｂ  縁部
１０３  出口
１０３ａ  出口開口部
１０３ｂ  縁部
１０４、１０５  流体
１０６、１０６ａ、１０６ｂ  第１の流量センサ
１０７、１０７ａ、１０７ｂ  開口部（オリフィス板）
１０８、１０８ａ、１０８ｂ  流量測定手段
１０９  流体
１１０  第２の流量センサ
１１１  開口部
１１２  流量測定手段
１１３  マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段
１１４、１１５ａ、１１５ｂ  信号線
１４０ａ、１４０ｂ  弁
２０１  リザーバ
２０２  ポンプ室
２０３ａ、２０３ｂ  第１の流量センサ１０６ａの一部
２０４ａ、２０４ｂ  第１の流量センサ１０６ｂの一部
２２０  圧力センサ用膜
２２１  膜を撓ませる手段
２２２  膜
２２５  流体チャネル
２４０、２４１  端部
３００  マイクロドージングシステム
３０１  マイクロポンプ
３０２  制御手段
３０３  無線接続
３０４ａ、３０４ｂ  第２の流量センサの一部
３１０、３１１  受動的逆止弁
３１３  マイクロドージングシステムの障害を較正および／または検知する手段
５０１  第１のグラフ
５０２  第２のグラフ
５０３  第３のグラフ
Ｉ  第１の時間部分
ＩＩ  第２の時間部分
【図１Ａ】
0006309599.tif 000010
【図１Ｂ】
0006309599.tif 000011
【図２Ａ】
0006309599.tif 000012
【図２Ｂ】
0006309599.tif 000013
【図３】
0006309599.tif 000014
【図４】
0006309599.tif 000015
【図５】
0006309599.tif 000016