CN107250736A - 计量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计量装置，所述计量装置包括天平(10)，计量头(30)布置在所述天平(10)上以使得所述天平(10)测量所述计量头的重量；和计量工具(40)，所述计量工具(40)固定在所述计量头(30)上以接收和排出物质。所述计量工具(40)被设计成玻璃细管(42)，所述玻璃细管(42)具有被布置成在其内以密封方式滑动地调整的玻璃杆(44)。所述计量头(30)设有用于夹持所述玻璃细管(42)的第一抓握工具(36)和用于夹持所述玻璃杆(44)的第二抓握工具(38)。所述计量头(30)进一步包括升降装置(34)，借助于所述升降装置(34)，所述第二抓握工具(38)能够相对于所述第一抓握工具(36)上升和下降，并因而所述玻璃杆(44)在所述计量工具(40)的玻璃细管(42)中上升和下降。控制电子设备(100)控制所述天平(10)和升降装置(34)，以及第一和第二抓握工具(36、38)。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1前序部分所述的用于计量物质的装置。本发明还涉及一种使用所述装置的计量方法以及使用在所述装置中的计量工具。
背景技术
物质库或化合物库是每个化学企业，特别是制药企业的核心。许多化合物常常经历长达数十年的合成活性，它们存储在这种库中，成为许多活性筛选的起源。入库的物质或者化合物常常是非常有价值的，难以合成的，购买价格昂贵的或者提取成本高，并且这种物质一般来说在全球范围内只存在非常少的量。
制药企业在它们的物质库中常常库存有多于一百万种物质，并且用它们自己的物质管理团队去管理，物质管理团队的任务是从所述库提供低至亚毫克范围的极小量的所需要的物质样品，例如用于特定的生物试验。在这里必须从所述库的存储容器中取出需要的物质量，并且填充在运输容器中(所谓1∶1填充)。根据要填充的物质的坚松度或者物理性能，所述填充可能只能手动操作，因此，需要比较长的时间耗费和/或比较大的人员耗费，特别是对于较大的企业。自动化因此是非常难的，因为所述物质常常具有非常不同的物理形式或者坚松度。另外，在这种手动操作方法中常常存在显著的污染风险，在这个意义上，在前的计量过程中残余的物质可能进入在后的填充过程中的接收容器中(交叉污染)。常常要求极其高的计量精度，在实际工作中，大多数物质存量非常稀少，相应地输送较少量物质是更困难的。存在的另一实际困难是，待填充或待计量物质可能具有完全不同的坚松度，要求分别使用特定的填充工具。
在WO 03/098170 A1中记载了一种计算机控制的计量装置，所述计量装置适于实际各种坚松度的物质(粉末状、流体状、油状、糊状、树脂状)。在一个实施方式中，所述计量装置设有针状填充头，所述针状填充头固定在电子天平上，其中所述针状填充头与所述天平一起安装在机器臂上，并且能够由所述机器臂在三维空间中运动。所述针状填充头具有针支架，多个计量针固定在针支架上，计量针呈按组具有0.1-5mm不同直径的向下开口的细管的形式。为了接收物质，所述计量针或细管利用所述机器臂受限地浸入或插入到存在于存储容器中的待接收的物质中，其中按照所述细管的直径将不同物质量引入到所述细管的下端部中并且悬着地保持在那里。于是，所述针状填充头被提起并且移动到待填充的接收容器的开口上方。接着，在针状填充头中设置的活塞选择性地从上部插入到所述细管中，于是存在于所述细管中的物质从所述细管排出到所述接收容器中。所述计量在这里逐步进行，即所述细管的排空开始用具有更大直径的细管并且接着朝向所述细管具有更小的直径，直到在这个逐步接近的范围内得到希望的剂量分配量。分别在计量步骤(管的排空)中进给到接收容器中的物质量通过天平进行记录，并且如果没有达到希望的剂量分配量，控制电子设备操纵逐步排空另一细管。附加地，能够设置精度更高的另一台天平，所述接收容器放置在所述另一台天平上并且利用所述另一台天平准确地记录实际剂量分配量。
从WO 03/098170 A1已知的计量装置虽然解决了不同物质坚松度的问题，但是对于填充接收容积在毫克或亚毫克范围内的小的和更小的物质容器不适用或至少有条件地适用。存在这种问题的一个原因是，这种物质容器(指管)非常小并且通常相互密封封装地布置在接收台架(台)中，所述物质常常存在非常小的量，以至于甚至许多底部都没有被覆盖或者物质附着在容器壁上。因为这些物质容器的开口大部分太小，以至于不能使所述针状填充头的所有细管同时接收，对于每个计量过程，为了将相应细管精确地定位在所述物质容器上方，所述针状填充头必须移动。但在这种情形中，各相邻细管中的至少一些细管位于接收底座中的另一物质容器的一个或多个的上方，因而这些物质容器被污染的危险非常高。于是产生了类似问题，从中获得待填充物质的存储容器也必须具有某个最小值，进而所述针状填充头的细管能够插入所述存储容器中。但在物质库中库存的很多物质的量非常小，使所述存储容器对于使用在已知的计量装置中实际上太小。
存在的另一个大问题是固有的污染风险。因为不能完全排除在所述针状填充头的细管中或其上存在物质残余，每次计量不同的材料前都必须更换所述细管。然而，这是相对费时的。可替换地，所述针状填充头或其针支架作为一个整体也可能被更换。但这同样是成本过高的，特别是需要准备大量的针状填充头或者针支架，出于经济原因，这自然不是希望的。
发明内容
现在通过本发明提供一种计量装置，所述计量装置避免了已知计量装置的上述缺陷。更具体地，本发明提供一种适于计量装置的成本适宜的解决方案，其适用于任何坚松度的物质，对于低至毫克和亚毫克范围的极小物质量也能足够高精度地计量，并且在不需付出特别费用的条件下可靠地避免了污染问题。本发明的另一目的是提供一种使用所述计量装置的计量方法以及提供一种使用在所述计量装置中的计量工具。
本发明所基于的这些目的通过根据本发明的独立权利要求1限定的、用于计量物质的装置；通过根据本发明的独立权利要求17限定的计量工具和通过独立权利要求22限定的用于计量物质的方法实现。根据本发明的计量装置、根据本发明的计量工具以及根据本发明的计量方法的特别有利的改进方案和实施方式从从属权利要求得到。
关于所述计量装置，本发明的要点包括下述内容：一种用于计量物质的装置包括计量头和可拆卸地固定在所述计量头上的用于接收和排出物质的计量工具。所述计量工具被设计成大致圆柱形的细管，并且所述细管具有在其内布置成以密封的方式可滑动地调整的杆，其中所述杆比所述细管更长，从而所述杆在所述细管的一端部从所述细管伸出。所述计量头设有用于可释放地夹持所述细管的、能够打开和闭合的第一抓握工具和用于可释放地夹持所述杆的、能够打开和闭合的第二抓握工具。所述计量头还设有升降装置，借助于所述升降装置，所述第二抓握工具相对于所述第一抓握工具进而所述杆在所述细管中能够上升和下降。完全特别有利的是，所述细管和所述杆是用玻璃制成的。
由于所述计量装置配置为具有一体的杆的细管，一方面，所述计量装置能够计量实际上各种坚松度的物质；另一方面，所述计量装置完全消除了所述污染问题，因为所述计量工具的结构极其简单，于是所述计量装置能够低成本地制造，可在使用后抛弃。
根据一个有利的实施方式，所述计量头具有用于所述升降装置及第一和第二抓握工具的内部控制器以及与所述内部控制器配合的操作机构。由此，所述计量头能够用作自动的手持仪器。
有利地，在这种情形中，所述内部控制器具有用于与外部控制器通信和/或与外部充电电源连通的接口。
符合目的地，所述装置具有用于计量头的天平，并且所述天平设有用于所述计量头的支架。由此，所述计量头能够简单地放置在所述天平上。
有利地，在这种情形中，所述支架设有电触点，所述电触点被设计成与所述计量头上的相应电触点配合。由此能够以简单的方式建立与所述天平的通信连接，并且优选地，还实现了对在所述计量头中设置的用于电力供应的蓄电池进行充电。
根据第二有利的实施方式，所述装置具有天平，并且所述计量头布置在所述天平上，以使得所述天平测量所述计量头(和或没有被接收的物质)的重量。
根据一个有利的实施例，所述计量头设有第二升降装置，借助于所述第二升降装置，所述第一抓握工具能够与用于第二抓握装置的升降装置一起上升和下降。借助于所述第二升降装置，所述计量工具的运动能够比通过整个计量头的运动更灵敏。
符合目的地，所述天平固定在机器臂上，其中所述计量头能够借助于所述机器臂进行调整，并且优选地，在所有三个空间方向上。
符合目的地，所述装置设有用于所述天平和升降装置以及第一和第二抓握工具的控制电子设备。借助于所述控制电子设备，所述计量装置能够自动地操作。
有利地，所述计量装置设有另一天平，用于对接收被排出物质的物质接收容器进行称量。借助于所述另一天平，能够控制和准确地测量实际计量的物质量，优选地，所述另一天平比所述第一天平具有更高的精度。
符合目的地，所述(玻璃)细管的内直径位于0.05-5mm，优选0.1-2mm，特别优选地0.1-1mm范围内。
进一步有利地，所述杆被设计为玻璃棒或者至少一侧封闭的玻璃管。
根据一个特别有利的实施例，所述(玻璃)细管具有0.03-0.2mm，优选0.03-0.1mm范围内的壁厚。附加地或可替换地，所述(玻璃)细管具有被配置成锋利的边缘或者刀刃状的端部。
根据进一步有利的实施例，所述装置具有转动机构，所述转动机构使所述计量工具在通过所述第二升降装置上升和下降时围绕它的纵向轴线转动。
根据进一步有利的实施例，所述装置具有用于多个至少部分地不同的或不同地选定尺寸的计量工具的接收台架。
关于计量工具，本发明的要点包括下述内容：一种使用于计量装置中的计量工具被设计成大致圆柱形的细管，所述细管具有在其内布置成以大致密封方式可滑动地调整的杆，其中所述杆比所述细管更长，并且所述杆在所述细管的一端部从所述细管伸出，并且优选地不完全填充所述细管，使得在所述细管的另一端部自由地保留有计量室。
特别有利的是，所述计量工具完全由玻璃制成并且只由两个部件组成，由于它的设计简单，所述计量工具能够成本非常有利地制造，并且由此能够在使用后抛弃，因此实际上完全避免了污染问题。
根据一个有利的实施例，所述(玻璃)细管配置为圆柱形的，并且具有0.1-5mm，优选地0.1-2mm，更优选地0.1-1mm范围内的内直径。由于这些尺寸，可实现从几百毫克到低至亚毫克范围的剂量分配量。
优选地，所述杆被配置为(玻璃)棒或者至少一侧封闭的(玻璃)管。这导致所述(玻璃)杆的制造简单。
有利地，所述(玻璃)套管具有0.03-0.2mm，优选0.03-0.1mm范围内的壁厚。由于这些相对较小的壁厚，所述(玻璃)细管的自由边缘几乎可作为刀刃，这有助于浸入或者插入更大坚松度的物质中以及有利于从容器壁擦掉或刮掉物质。附加地或可替换地，所述(玻璃)细管具有被配置成锋利的边缘或者刀刃状的端部。
关于用于填充容器的方法，本发明的要点包括下述内容：
一种使用根据本发明的装置计量物质的方法包括下述步骤：
通过打开和闭合所述抓握工具将计量工具夹持在所述计量头中，
将所述计量工具定位在物质存储容器上方，
降低所述计量工具以使所述计量工具浸入或插入到存在于所述物质存储容器中的物质中，并且由此将物质接收到所述计量工具的物质室中，优选地在天平的控制下，
升高所述计量工具，
需要时相对于所述细管降低所述计量工具的杆以排出多余的物质，优选地在天平的控制下，
将所述计量工具定位在物质接收容器上方，和
相对于所述细管降低所述计量工具的杆以将物质从所述计量工具完全排出到所述物质接收容器中。
在结束计量时，所述计量工具能够通过打开所述抓握工具从所述计量头抛出。
有利地，所述计量能够在一个个部分计量步骤中实现，其中优选在天平的控制下，逐步接近需要的目标剂量分配量。
符合目的地，由所述计量工具接收的物质量在天平的控制下进行微调。
有利地，计量到所述物质接收容器中的物质的实际量借助于(另一)天平进行测量。
完全特别有利地，所述计量工具在浸入或插入到存在于物质存储容器中的物质中时和优选地还在从所述物质抽出时围绕它的纵向轴线转动。所述转动运动使在物质具有相对大坚松度的情形下容易插入。另外，它阻止所述计量工具粘着在物质中并且在某些物质情形中允许取出物质塞(Substanzpfropfen)。
有利地，优选在接收台架中设置多个至少部分不同的或者不同地选定尺寸的计量工具，并且所述待夹持的计量工具从这些设置的计量工具中选择。这样，通过相应地选择所属计量工具能够实现从几百毫克到低至亚毫克范围的不同的剂量分配量。
附图说明
下面借助于附图所示的实施例详细描述本发明。附图示出：
图1是根据本发明的计量装置的第一实施例的示意图；
图2是穿过所述计量装置的抓握工具的示意性水平截面图；
图3-8分别是根据图1的计量装置在计量过程的不同阶段的示意图；
图9a-d分别是根据图1的计量装置的计量工具在计量过程的不同阶段的示意图；
图10a-d分别是根据图1的计量装置的计量工具在计量流体的不同阶段的示意图；
图11a-b是具有根据本发明计量装置第二实施例的计量工具的计量头的两个变型；
图12a-c分别是根据图11a的具有计量工具的计量头在计量过程的不同阶段的截面示意图，
图13a-i分别是根据图11a的具有计量工具的计量头的计量装置在计量过程的不同阶段的截面示意图，
图14a-e是具有根据本发明计量装置第三实施例的计量工具的计量头在计量过程的不同阶段，和
图15a-b是用于说明接收结晶的物质的两个示意图；和
图16是穿过所述计量装置的计量工具的修改的细管的轴向截面图。
具体实施方式
下面的说明适用于如下描述：如果为了使附图清楚而在图中指定了附图标记，但是在直接相关的描述部分中没有提及，那么对附图标记的解释参考前面或后面的描述部分。反之亦然，为了避免制图工作量过大，对直接理解几乎不相关的附图标记在所有附图中没有示出。对此分别参考其他附图。
图1所示第一实施方式的计量装置包括电子天平10，电子天平10可拆卸地安装在只象征性地用盒子描绘的机器臂20上。为了控制机器臂20，设置有电子控制器100。借助于机器臂20，天平10能够在机器臂可到达的范围内在三个空间方向上运动。
在天平10上，整体用30表示的计量头安装在在天平内部与称重单元连接的天平臂11上，使得所述天平测量计量头30和所有固定在计量头30上的或由其支撑的部件的重量。为了保护天平10，在天平10上，设置可调整的锁定元件12，当在某时间不需要称量时，锁定元件12相对于天平10固定计量头30，参见例如图3。所述天平还在运动和/或安装时被锁定。
总的看来，根据本发明的计量装置并非与根据已经提及的WO 03/098170 A1的已知计量装置不同，因而，本领域技术人员在这方面不需要任何进一步详细的解释。
计量头30主要包括第一升降装置32和第二升降装置34，第二升降装置34安装在第一升降装置32上，并且能够借助于第一升降装置32(在计量装置的使用状态中竖直地)上升和下降。第一抓握工具36位置固定地安装在第二升降装置34上。第二抓握工具38布置在第二升降装置34上，使得第二抓握工具38借助于第二升降装置34相对于第一抓握工具36(在计量装置的使用状态中竖直地)上升和下降。为了使两个抓握工具36和38进行上升和下降运动，两个升降装置32和34设有能够通过未示出的马达转动的驱动螺纹轴33和35。升降装置32和34显然也能够以其它方式实现。
为了真实的物质计量，即从存储容器接收物质的物质接收和将物质排出到物质接收容器中的物质排出，设置特定地构造的计量工具40。如图9a放大地显示的，这个计量工具40由两个部件组成，而且由优选大致圆柱形的玻璃细管42和同样由玻璃制成的杆44组成。玻璃杆44比玻璃细管42稍长，并且从玻璃细管42的上端部伸出。相反地，玻璃杆44(在初始状态中)不在玻璃细管42的整个长度上延伸，而是保留玻璃细管42的计量室43敞开(图9a)。可替换地，计量室3也能够只在计量过程中通过玻璃杆44从玻璃细管42(有限地)抽出来构成，其中所述计量室的尺寸或容积能够根据各项要求得到调整。
玻璃杆44的横截面匹配玻璃细管42的内横截面，从而玻璃杆44用作活塞。玻璃杆44能够设计成实心玻璃棒或者至少在玻璃细管42的内部的端部封闭的玻璃管。还有，所述玻璃杆原则上也配置成玻璃活塞盘和玻璃活塞杆的形式。
计量工具40基本上也能够由例如塑料的不同于玻璃的材料制成。然而，玻璃实用地在所有情形下都是化学惰性的，并且在合适的尺寸时也具有某种程度的弹性。下面，本发明连续地参考用玻璃制成的计量工具进行描述。
在使用根据本发明的计量装置时，计量工具40由第一抓握工具36固定在它的玻璃细管42上。第二抓握工具38固定地保持玻璃杆44。
如图2所示，第一抓握工具36主要包括两个夹持块36a和36b，计量工具40的玻璃细管42夹持在二者之间。两个夹持块36a和36b能够借助于这里只通过箭头37a和37b表示的驱动力相互离开和靠近地运动。
第二抓握工具38类似于第一抓握工具36地配置，因而不单独描述。
图1还示出了物质接收容器A，物质接收容器A放置在第二电子天平50上。第二天平50有利地是分析天平，它的分辨率和精度至少高到：优选比第一天平10的分辨率和精度高。有利地，第二天平50的精度是大约0.01毫克，优选甚至大约0.001毫克。
第一天平10、两个升降装置32和34、两个抓握工具36和38以及第二天平50由电子控制器100进行功能控制。需要的功能的实际实施(读取所述天平的数值，所述机器臂的运动、所述升降装置的运动，所述抓握工具的闭合和打开)位于控制技术人员的普通知识中，因而不需要任何详细的解释。
下面参考图3-9d详细描述使用根据本发明的计量装置执行的计量方法。
在图3所示的初始状态中，在计量头上不存在计量工具40。多个计量工具40现在保持在接收台架(框架)46中。借助于机器臂20，计量头30靠近接收台架46，并且两个抓握工具36和38抓住计量工具40并且固定地保持它。计量工具40然后通过机器臂20的移动从接收台架46移除(图4)。相反地，接收台架46显然也能够借助于其它传送装置靠近计量头30，然后又离开。
接着，计量工具40借助于机器臂20定位在已经提供的、包含待计量物质的存储容器V上方，然后下降直到计量工具40的玻璃细管42浸入到物质S中，或者按照物质的坚松度，插入到物质S中(图5)。此时，玻璃细管42的计量室43充满物质S(图9b)。需要时，在构成计量室43之前，玻璃杆44借助于第二升降装置43稍微从玻璃细管42中抽出。
随后，计量工具40借助于第一升降装置34上升到存储容器V的边缘上方(图6)。可能从玻璃细管42的下端部突出的物质部分在通过计量头30的侧向运动之前滑离。利用第一天平10测量通过这种方式从计量工具40接收的物质S的量(重量)。假如接收的物质量比预定的额定剂量分配量更大，在第一天平10的控制下从玻璃细管42排出多余物质量，返回到存储容器V中。为此目的，玻璃杆44借助于第二升降装置34相对于静止地保持在第一升降装置32中的玻璃细管42下降，直到第一天平10探测到确定的物质量。在图9c中示出这种通过排除多余物质量对剂量分配量进行的微调。所述微调也能够在多个步骤中重复进行(反馈回路)。
现在计量头30与保持在其内的计量工具40借助于机器臂20移动到在第二天平50上提供的物质接收容器A上方，物质S被计量到物质接收容器A中(图7)。物质接收容器A常常是非常小的容器(指管)，它与许多其它物质接收容器一起呈矩阵状布置在接收台架(框架)中。
接着，借助于第二升降装置34，计量工具40的玻璃杆44向下运动而玻璃细管42通过第一抓握工具36静止地保持，由此将玻璃细管42中包含的物质量从玻璃细管42排出到物质接收容器A中(图8和图9d)。借助于第二(更精确的)天平50能够控制实际计量的物质量。实际剂量分配量也能够以适当的方式记录，并且分配给被填充的物质接收容器。在大多数情形中，如果所述计量本身相当精确，那就足够了，但实际剂量分配量是以很精确方式知道的。
如果另一物质接收容器A应当充满相同的物质或者通过这种方式计量的物质还没有达到需要的物质量，那么重复刚刚根据图5-8描述的方法程序(浸入、微调、排出)。
如果填充了其它物质，那么计量头30首先定位在废物容器上方，计量工具40在那里被清除(丢弃)。为此目的，抓握工具36和38非常简单地打开，从而计量工具40向下掉落到废物容器中。接着，从接收台架46再次接收新的计量工具40(图4)，并且下一物质的计量又执行根据前面参照图5-8描述的方法程序(浸入、微调、排出)。
如上面提及的，上述程序由电子控制器100控制。为此，可编程的电子控制器被设计成执行下面程序：
借助于机器臂20，使所述计量头在优选三个空间方向上运动，
通过打开和闭合抓握工具36和38，将(选择的)计量工具40夹持到计量头30中，
将计量工具40定位在物质存储容器V上方，
降低整个计量头30或者可替换地仅仅计量工具40以将计量工具40浸入到存在于物质存储容器中的物质S中，并由此将物质接收到计量工具中，
升高计量工具40，优选地借助于第一升降装置32，
对第一天平10和需要时第二天平50进行读数，并且对所述天平的测量结果进行评价，
借助于第二升降装置34相对于玻璃细管42降低计量工具40的玻璃杆44，以在第一天平10的控制下排出多余的物质，需要时重复，
将计量工具40定位在物质接收容器A上方，
借助于第二升降装置34相对于玻璃细管42降低计量工具40的玻璃杆44，以将物质从计量工具40完全排出到物质接收容器A中，
通过打开抓握工具36和38，从计量头30抛出计量工具40。
优选大数量的计量工具40现在保持在接收台架46中。有利地，计量工具具有与它的玻璃细管42不同的尺寸或者不同的口径(内直径)。所述内直径能够例如位于0.1mm至大约5mm的范围内，优选具有例如大约0.5mm的等级。优选地，所述内直径位于0.1-2mm的范围，具体位于0.1-1mm的范围内。这样，通过相应地选择计量工具能够实现从几百毫克到低至亚毫克范围的不同剂量分配量。因为可编程的电子控制器100通过相应地输入而知道应该是多大的需要量，它能够有针对性地自动选择合适的计量工具40。另外，通过在所述计量工具的玻璃细管中调整所述玻璃杆能够匹配所述计量室的容积量。
但是，使用具有不同直径的玻璃细管42的计量工具40还有另一优点，能够非常简单地实现非常快速地反复接近各要求的目标剂量分配量。在这方面，首先一个或多个计量通路使用最大可能的计量工具执行。最大可能的计量工具在这里理解为它的玻璃细管42被设计为用于额定剂量分配量，而额定剂量分配量尽可能地接近但不超过要求的目标剂量分配量。借助于第一天平10和/或第二天平50，在每次计量通过后，确定还需要的剩余剂量分配量。当剩余量小于所使用的计量工具的额定剂量分配量时，这些计量工具被抛弃，使用新的下一次更小的计量工具，使得这个额定的剂量分配量不超过剩余剂量分配量。因此，现在只执行长的计量通路，直到仍然存在的剩余剂量分配量再次小于所使用的计量工具的额定剂量分配量。这个过程继续，伴随着具有增多的更小的计量工具，即具有更小直径的玻璃细管42的计量工具，直到要求的目标剂量分配量达到预设容差内。代替需要时选择更小的计量工具，计量工具的计量室的容量也能够相应地被匹配。
为了高的计量精度，玻璃杆44尽可能高配合度(紧配合)地滑到计量工具40的玻璃细管42中，这是很重要的。目标是大约0.01mm的精度(游隙)。玻璃细管42的壁厚依据它的直径优选典型地是大约0.03mm至大约0.2mm，优选大约0.03mm至大约0.1mm。玻璃细管42的长度典型地是大约70mm，玻璃杆44的长度稍微更长，典型地是大约80mm。
尽管玻璃细管42的壁厚，玻璃细管42的形状赋予玻璃细管42相对大的刚度，玻璃细管42相对大的刚度对于插入到(更)坚固的物质中或者更密集的粉末中是很重要的。薄壁对于上述插入同样是重要的。附加地或者可替换地，如图16中所示，玻璃细管42的一个端部42a也被配置成锋利的边缘或者呈刀刃状。而且，还有利地，玻璃细管42的浸入端部或插入端部配置成向外(稍微)扩展。
在每次更换计量工具40时，因为需要另一尺寸的玻璃细管或者因为计量另一物质，以前使用的计量工具被抛弃，即不再使用。由此，尽可能可靠地避免污染问题。根据本发明的计量装置通过使用特定配置的、完全用玻璃制成的计量工具40使这个方案成为可能，其中计量工具40作为整个计量装置的一部分与待填充物质形成接触。计量工具40只由两个简单的玻璃部件(玻璃细管42和玻璃杆44)构成，这两个简单的玻璃部件能够简单且低成本地制造，从而它们作为一次性部件的使用在经济上是合理的。
图10a-d示出从计量工具40接收流体物质和将流体物质分配到计量工具40中时的特殊性。图10a对应于图9a。图10b示出计量工具40处于接收流体物质S的浸入状态中。在计量室43中，在玻璃杆44和流体塞S之间存在空气套L。图10c和图10d示出物质S如何通过玻璃杆44颠簸地降低而能够逐滴排出计量室43。所述玻璃杆此时非常快地运动并产生压力脉冲，所述压力脉冲将流体物质逐滴排出。
在上述方法程序中，使用第一天平作为决策性天平(接收了足够的物质量？)，而第二天平作为实际测量天平(有效地计量了多少物质量？)。
下面参照图11a-b、12a-c和13a-i说明根据本发明的计量装置的稍微简化的实施方式。与前述实施方式的根本差异在于，所述计量装置的计量头被配置为独立的且手动运动的元件。下面的描述因而主要限制于计量头的构造以及使用这种独立的计量头的示例性方法程序。
图11a和11b示出计量头130或130’的两个变型。在两个变型中，所述计量头示例性地具有大致圆柱形的外形。在图11a的变型中，电触点131设置在计量头130上，存在于所述计量头中的电部件通过电触点131而能够与例如天平或者更高级的控制器或者充电电源的外部部件连接。在图11b的变型中，计量头130’的电连接向外通过缆线132实现。在第三、未示出的变型中，也能够设置无线连接。在这个变型中，外部操作机构210设置在计量头130或者130’上，与位于计量头中的内部控制器200(图12a)配合。操作机构210能够配置成例如具有例如多个开关功能的已知功能开关按钮的形式。
在计量头130或130’的一端侧上，计量头130或130’设有锥形导向孔139，计量工具40能够通过锥形导向孔139插入到计量头中。对此，下面详细说明细节。
计量头130的内部结构从图12a得知。计量头130包括第一抓握工具136、第二抓握工具138和用于第二抓握工具138的升降装置134。计量头130还包括已经提及的内部控制器200以及可充电电源或者蓄电池202。对于计量头130’，电力供应通过缆线132实现，从而所述蓄电池不是绝对需要的。
两个抓握工具136和138和升降装置134在结构和功能方面原则上与计量装置的第一实施例的相应部件相同，因此不需要进一步阐述。两个抓握工具136和138和升降装置134由所述内部控制器控制，其中所述抓握工具的打开和闭合与第二抓握工具相对于第一抓握工具的上升和下降通过与内部控制器200连接的操作机构210手动触发。
内部控制器200设有接口201，用于向外部通信。接口201连接在电触点131或缆线132上。可替换地，所述接口也可配置为无线连接。
图12a示出计量头130位于计量工具40上部的位置中，其中两个抓握工具136和138是打开的。在图12b中，计量头130设置在计量工具40上或者计量工具40被引入到计量头130中，其中两个抓握工具136和138是闭合的并且固定地保持计量工具40。在图12c中，第二抓握工具138借助于升降装置134稍微向上移动，由此计量工具40的玻璃杆44稍微伸出玻璃细管42，因而计量室43形成在计量工具40的下端部处。
图13a-13i示出使用计量头130的典型计量过程的各个阶段。
在开始时，计量头130利用天平110进行称量。天平110设有支架140，计量头130能够插入到支架140中。支架140设有电触点141，当计量头130插入到支架140中时，电触点141与计量头130的电触点131接触。在这方面，例如计量头130中的蓄电池202能够被充电或者(通过功能性开关按钮210)称量过程能够被触发。
在称量过程后，计量头130装配有计量工具40。为此，计量头130手动地运动到接收台架(框架)46上方，然后放置到选择的计量工具40上(图13b)。然后，借助于功能性开关按钮210，触发计量工具40的夹持，并且计量头130放回到天平110的支架140中并且再次被称量(图13c)。
于是，计量工具40的玻璃杆44从玻璃细管42稍微伸出，使得接收室43形成在计量工具40的下端部上(图13d)。
在下一步骤中，计量头130手动地引导到具有待填充物质的存储容器A上方，并且浸入到物质中，由此所述接收室充满了待接收的物质。(图13e)上。
于是，计量头130又放置回到天平110上，并且检查已接收的物质量是否足够(图13f)。在量过大(比目标剂量分配量大)时，一部分又被排出到存储容器V中并再次称量。
接着，计量头130手动定位在物质接收容器(目标容器)A上方，并且计量工具40的接收室43中存在的物质量排出到物质接收容器A中。物质接收容器A这时位于另一天平50上，利用另一天平50能够高度精确地测量被计量的物质量(图13g)。
于是，计量头130再次被称量(图12h)，最后，计量工具40被抛出(图12i)，除非假定它被再次使用。
所述计量过程也能够使用这个计量头130在如上面已经描述的多个通路中进行。
通过在计量方法的不同阶段称量计量头130(存在和不存在物质)能够非常精确地确定实际计量了多少物质，并且还能够得出待接收的物质过量，这个量能够根据物质的种类和使用的计量工具的类型而不同。因而，所述计量工具能够在一定程度上被校准，由此能够简化或优化对各种物质的其它计量过程的工作流。类似地，也适用于图1-8的实施例以及下面描述的其它实施例。
下面参照图14a-e说明根据本发明的计量装置的进一步实施方式。在这个实施方式中，整体上用230表示的计量头又固定地设置在第一天平10(图1)上，但被配置成很大程度上类似于根据图11a和图12a-c的实施方式的计量头130。下面的描述因而主要限制在计量头230本身的特殊性以及使用这个计量头的示例性方法程序上。
计量头230包括环形外壳230a和在环形外壳230a中沿轴向可调整的内壳230b。外壳230a具有连接件211，用于机械固定到第一天平10上的平衡梁11上(图1)。连接件211还能够具有(未示出的)电触点以连接所述计量头与外部控制器。第一升降装置232布置在外壳230a中，并且包括与内壳230b相连接的芯轴233和芯轴马达233a。芯轴233上设置螺旋线形凹槽233b。借助于芯轴马达233a，内壳230b能够沿轴向在外壳230a中上升和下降，其中内壳230b同时围绕它的轴线R在一个或另一个方向上转动(箭头R’或R”)。
如图11a和图12a-c的实施例，在内壳230b中布置第一和第二抓握工具236或238以及第二升降装置234，其中第二抓握工具238能够借助于第二升降装置234相对于位置固定的第一抓握工具236上升或下降。在内壳230b的下端部上设置锥形导向孔239，计量工具40能够穿过锥形导向孔239插入到计量头230中。下面对此详细说明。
两个抓握工具236和238与第一和第二升降装置232和234在结构和功能方面原则上与所述计量装置的第一实施例的相应部件相同，因此不需要任何详细的说明。两个抓握工具236和238与两个升降装置232和234如同第一实施例由外部控制器100(图1)控制，其中计量头230通过电触点与控制器100连接或者与控制器100无线连接。当然，计量头230也能够设有内部控制器200，内部控制器200能够具有与计量头130的相应部件类似的功能。
图14a示出计量头230位于初始位置，还没有插入计量工具40。
在图14b中，计量工具40被插入，其中第一和第二抓握工具236或238固定地保持计量工具40的玻璃细管42或玻璃杆44，并且内壳230b向上缩回到计量头230的外壳230a中。在缩回运动中，内壳230b转动，并因此使插入内壳230b中的计量工具40围绕它的纵向轴线R大约沿箭头R’的方向转动。
在图14c中，计量工具40的玻璃杆44稍微从玻璃细管42伸出，从而形成计量室43。
在这个配置中，计量头230在实际使用中定位在(未示出的)存储管上方，并且内壳230b下降，从而计量工具40浸入或插入到存储管中包含的物质中，从而计量工具接收确定量的物质。在内壳230b的下降运动中，内壳230b转动并因而计量工具40围绕它的纵向轴线R沿箭头R”的方向转动。计量工具40的转动运动使得在物质具有相对坚固的坚松度的情形中容易插入。所述转动运动还阻止计量工具粘着在物质中，并且在某些物质情形中允许物质塞脱落。图14d示出内壳230b下降时的计量头230。接着，从计量工具40接收的物质量通过玻璃杆44的下降而全部或部分地从计量工具40排出(图14e)。另外，计量工具40的转动运动也能够在根据图1-8的实施例中类似地实施。
在计量头230的实际应用中，计量方法的单个步骤与参考图1-8描述的计量装置的实施例的相应步骤相同，但唯一差别是在这个计量头230中，计量工具40在下降时附加地围绕它的轴线稍微转动。因而省略了更多说明。
在一些情形中，存储容器V中的待计量物质存在结晶形式，如同图15a-b所示的。在这种情形中，物质S常常在存储容器的底部或侧壁上结皮。这种结晶或结皮的物质S也能够利用根据本发明的计量装置或它的计量工具40刮掉并接收。此时有利的是，计量工具40的玻璃细管42的壁厚相对小，优选大约在0.03mm-0.2mm，优选0.03mm-0.1mm的范围内。为了接收物质S，存储容器V优选被歪斜地保持，从而计量工具40在计量头下降时沿着存储容器V的侧壁滑动并且刮掉物质S。这个过程也能够重复多次，直到足够量的物质量接收到计量室中或者聚集在存储容器V的边缘区域中，然后能够从此处被接收。
根据本发明的计量装置能够使用单一类型的计量工具实现精确的1∶1计量从粉状、流体状、油状、糊状、粘稠状、蜡状到巧克力式或者蔬菜式或水果式、结晶的或结皮的等的不同物质。因此依据待计量物质的坚松度，对许多计量装置完全消除了繁琐的计量工具更换。根据本发明的计量装置实际上适用于所有普通的存储容器和所有普通的物质接收容器，不需要任何类型的适配件。利用根据本发明的计量装置，能够在宽范围内执行高度精确地计量，例如从几百毫克到低至亚毫克范围。实现的精度在0.01毫克量级，并且在大多数情形中比手动计量更佳。所述计量装置能够按照所述实施方式全自动地工作，并且比仍然用于许多情形中的手动计量明显更快。
Claims (27)
1.一种用于计量物质的装置，所述装置包括计量头(30；130；130’；230)和能够拆卸地固定在所述计量头(30；130；130’；230)上的用于接收和排出物质的计量工具(40)，其特征在于，
所述计量工具(40)被设计成大致圆柱形的细管(42)，所述细管(42)具有被布置成在其内以基本上密封的方式滑动地调整的杆(44)，其中所述杆(44)比所述细管(42)长并且在所述细管(42)的上端部从所述细管(42)伸出，所述计量头(30；130；130’；230)设有用于能够释放地夹持所述细管(42)的能够打开和闭合的第一抓握工具(36；136；236)以及用于能够释放地夹持所述杆(44)的能够打开和闭合的第二抓握工具(38；138；238)，并且所述计量头(30；130；130’；230)设有升降装置(34；134；234)，所述第二抓握装置(38；138；238)借助于所述升降装置(34；134；234)相对于所述第一抓握装置(36；136；236)并因而所述杆(44)在所述细管(42)中能够上升和下降。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述细管(42)和/或所述杆(44)被设计成玻璃细管或玻璃杆。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述计量头(30；130；130’；230)具有用于所述升降装置(134)和第一及第二抓握工具(136；138)的内部控制器(200)；和与所述内部控制器(200)配合的操作机构(210)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述内部控制器(200)具有接口(201)用于与外部控制器通信和/或与外部充电电源连通。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于所述计量头(130；130’)的第一天平(110)，并且所述天平(110)设有用于所述计量头(130；130’)的支架(140)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述支架(140)配置有电触头(141)，所述电触头(141)被设计成与所述计量头(130)上的相应电触头(131)配合。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置包括第一天平(10)，并且所述计量头(30；230)布置在所述天平(10)上，使得所述天平(10)测量所述计量头(30；230)可能包含的已接收的物质的重量。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计量头(30；230)设有第二升降装置(32；232)，借助于所述第二升降装置(32；232)，所述第一抓握工具(36；236)能够与用于所述第二抓握工具(38；238)的第一升降装置(34；234)一起升降。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述天平(10)固定在机器臂(20)上，其中所述计量头(30；230)能够利用所述机器臂(20)进行调整，优选在所有三个空间方向上。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有控制电子设备(100)，用于所述天平(10)和升降装置(34；234)以及所述第一和第二抓握工具(36、38；236、238)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有另一天平(50)，用于对接收被排出物质(S)的物质接收容器(A)称重。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述细管(42)的内直径位于0.1-5mm，优选0.1-2mm，特别优选地0.1-1mm范围内。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述细管(42)具有0.03-0.2mm，优选0.03-0.1mm的壁厚。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述细管(42)在一端部(42a)被配置成锋利的边缘或者刀刃状。
15.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置具有转动机构(233，233a，233b)，所述转动机构(233，233a，233b)在所述计量工具(40)通过所述第二升降装置(32；232)上升和下降时围绕所述计量工具(40)的纵向轴线(R)转动所述计量工具(40)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于多个至少部分地不同的计量工具(40)的接收台架(46)。
17.一种使用在计量物质的装置中的计量工具，其特征在于，所述计量工具被设计大致圆柱形的细管(42)，所述细管(42)具有被布置成在其内以基本上密封的方式能够滑动地调整的杆(44)，其中所述杆(44)比所述细管(42)长并且在所述细管(42)的一端部从所述细管(42)伸出。
18.根据权利要求17所述的计量工具，其特征在于，所述细管(42)和/或所述杆(44)被设计成玻璃细管或者玻璃杆。
19.根据权利要求17或18所述的计量工具，其特征在于，所述细管(42)是圆柱形的，并且所述细管(42)的内直径在0.1-5mm，优选0.1-2mm，更优选0.1-1mm的范围中。
20.根据权利要求17-19中任一项所述的计量工具，其特征在于，所述细管(42)的壁厚在0.03-0.2mm，优选0.03-0.1mm的范围中。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的计量工具，其特征在于，所述细管(42)在一端部(42a)被配置成锋利的边缘或者刀刃状。
22.一种使用根据权利要求1-16中任一项所述的装置计量物质的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
通过打开和闭合所述抓握工具(36，38；136，138；236，238)将所述计量工具(40)夹持在所述计量头(30；130；130’；230)中，
将所述计量工具(40)定位在物质存储容器(V)上方，
降低所述计量工具(40)以使所述计量工具(40)浸入或插入到存在于所述物质存储容器中的物质(S)中，并由此将物质接收在所述计量工具(40)的物质室(43)中，优选地在天平(10；110)的控制下进行，
抬升所述计量工具(40)，
需要时相对于所述细管(42)降低所述计量工具(40)的杆(44)以排出多余的物质，优选在天平的控制下进行，
将所述计量工具(40)定位在物质接收容器(A)上方，和
相对于所述细管(42)降低所述计量工具(40)的杆(44)以将物质从所述计量工具(40)全部排出到所述物质接收容器(A)中。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述计量在一个个部分剂量步骤中进行，并且优选在天平(10；110)的控制下，实现逐步接近需要的目标计量值。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述计量工具(40)接收的物质量在天平(10；110)的控制下被微调。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的方法，其特征在于，被计量到所述物质接收容器(A)中的物质的实际量利用天平(50)进行测量。
26.根据权利要求22-25中任一项所述的方法，其特征在于，所述计量工具(40)在浸入或插入到存在于物质存储容器中的物质(S)时和优选还在从所述物质(S)抽出时围绕它的纵向轴线(R)转动。
27.根据权利要求22-26中任一项所述的方法，其特征在于，将多个至少部分不同的计量工具(40)提供在接收台架(46)中，并且所述待夹持的计量工具选自这些已提供的计量工具。
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