CN113348342A

CN113348342A - 重量测量系统

Info

Publication number: CN113348342A
Application number: CN202080009178.6A
Authority: CN
Inventors: 马尔特·施滕德; 扬·冯施托伊本; 米夏埃尔·劳布施泰因; 海伊科·霍尔斯特
Original assignee: Sartorius Lab Instruments GmbH and Co KG
Current assignee: Sartorius Lab Instruments GmbH and Co KG
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2020-02-04
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2040-02-04
Also published as: DE102019102801B4; US20210364341A1; CN113348342B; DE102019102801B8; DE102019102801A1; EP3921607A1; WO2020161101A1; EP3921607B1

Abstract

本发明涉及一种重量测量系统，其包括：‑天平(12)，该天平具有由多个称重室壁(23、24、26、28)包围的称重室(22)、机电式的称重系统(181)和电子的控制装置(36)，该控制装置用于根据保存在其存储器(363)中的规则来控制系统运行；以及‑多个功能模块(14、16)，功能模块能按需置入到布置于至少一个称重室壁(28)处的模块容纳部中。本发明的特征在于，还包括另外的无称重功能的遮板，并且至少一个称重室壁(28)被构造为载体结构，该载体结构具有凹部(283)，其呈现出占据壁面主要部分的空隙且形成模块容纳部，其中，凹部(283)能以有选择的方式通过空间上与其相匹配的无称重功能的遮板(15)或功能模块(14、16)来封闭。

Description

重量测量系统

技术领域

本发明涉及一种重量测量系统，其包括：

-天平，该天平具有被称重室器壁包围的称重室、机电式的称重系统和电子的控制装置，该控制装置用于根据保存在其存储器中的规则来控制系统运行；以及

-多个功能模块，功能模块视能按需置入到布置于称重室器壁处的模块容纳部中。

背景技术

EP 1 195 584 A1揭示了这样的重量测量系统。

分析天平和实验室天平，尤其是那些以电磁补偿原理工作的天平，是众所周知的。机电式的称重系统，即典型的复杂的具有输入侧的载荷容纳部和输出侧的活动线圈设施的杠杆机构，在此布置于称重系统室中，该称重系统室应确保尽量最佳地隔绝环境影响。与载荷容纳部连接的载体伸入到通常相邻的称重室中，该称重室同样地通过其称重室器壁在很大程度上隔绝周围环境。称重室器壁通常由称重室底部、称重室盖、称重室侧壁和前后壁组成。后壁通常可以与称重系统室壁重合。称重室的一个或两个侧壁通常被构造为能运动的防风元件。盖和/或前侧也可以包含通常能封闭的接近开口。载体与称重系统的载荷容纳部的耦合部通常贯穿称重室的后壁或底部。

此外，这类天平总是包含控制装置，该控制装置尤其是驱控称重传感器，并在此特别是调节称重系统的活动线圈设施。然而，现代天平的控制装置的设计可能明显更为复杂，并且尤其是提供了系统运行的不同运行变体。这些运行变体可能涉及控制传感器或冷却设备，而它们替选地或附加地也可能涉及驱控称重室中或称重室处的某些辅助装置。仅举例而言，可列举冷却设备、防风控制部、称重室内的升降设备、照明装置等。

从开头提及的形成类属的印刷文献公知的是，这类辅助装置以形式为模块也就是说作为称重功能相关的模块(简称功能模块)的称重功能包的形式存在，并且称重室中、尤其是其后壁上设置有轨道状的保持设备，该保持设备具有不同的机械接口，具体使用情况下所需的功能模块可以在这些接口上被定固在分别所需的定位处。换而言之，所述功能模块能按需置入到称重室器壁处的对应模块容纳部中。这样的模块化系统在实验室环境中尤为有利，在这种实验室环境中，必须用一个且相同的天平来执行不同的称重任务。于是，用户可以根据自己的在使用情况中的具体需求来组装天平。即使在机械接口设计为使得用户不能更换模块的情况下，这样的模块化系统对于制造方而言也很有利。基于相同的天平基体，通过选择置入到模块容纳部中的功能模块，可以针对不同的称重任务来预装天平。要制造的特殊零件的数目大幅缩减，这就导致了显著节省成本。

如果仅采用无源功能模块，这种构思基本上问题不大。那些仅需机械耦合来固定的功能元件被称为无源功能元件。这里仅列举载体、保持件、屏蔽部。而包含自有的电气或电子的部件的有源功能模块在公知的重力测量系统中虽然也可以借助所提供的机械接口固定在称重室中；然而，它们需要附加的接口，这些接口必须个别设计。这一点在组装重量测量系统时不利于上述灵活性。

已公布的EP 3 557 199 A1公开了一种天平，其具有能由多个壁元件组合而成的称重室后壁，该称重室后壁的高度可以此方式匹配于不同的防风部高度，因此能构建不同高度的称重室。

EP 1 312 902 A1公开了一种天平，在其称重室后壁处能附接有电子附加单元，其中可以布置有供电单元，例如电池，或者还可以布置有控制电子器件，因此能附接当前意义下的功能模块。

US 2010/0276213 A1也公开了一种天平，在其称重室后壁处布置有控制电子器件。该控制电子器件以机械和电子方式与布置于载荷容纳部上方的配量喷嘴连接，从而使得天平整体上可用作配量设备。

EP 1 396 711 B1公开了一种天平，其具有未配备任何功能模块的称重室，该天平具备称重电子器件的经热电元件介导的散热和来自称重室的散热，其中，与称重室后壁的特殊热耦合确保称重室内部构成温度梯度。

DE 10 2014 101 561 A1公开了一种具有布置于称重室中的气氛测量模块的重量配量设备。基于如此确定的气氛数据，可以在设备外部对在配量过程中所要混合的组分进行预调温。

发明内容

本发明的任务是改进按类属的重量测量系统，使得符合需要进行个别化组装更为容易。

该任务结合权利要求1前序部分所述的特征通过如下方式来解决，即，还包括另外的无称重功能的遮板，并且至少一个称重室壁被构造为例如由支柱和横梁构建的载体结构，该载体结构具有凹部，其呈现出占据壁面主要部分的空隙且形成模块容纳部，其中，这些凹部能以有选择的方式通过空间上与其相匹配的所述无称重功能的遮板或所述功能模块来封闭。

优选实施方式是从属权利要求的主题。

本发明设置的是，至少一个称重室壁，优选多个称重室壁，被构建为骨架或格栅结构，其提供多个相同设计的凹部来置入不同的功能模块。由于模块容纳部的相同设计，使得相应设计相同但作用不同的功能模块可以安装在称重室器壁上的几乎任意部位处，尤其是安装在根据当前要求需要功能模块的地方。将模块容纳部设计为凹部还允许将在下文详讨论的附加接口定位于称重室之外，从而使得在称重室本身中只存在有在那里绝对必要的部件。这在安全、清洁、温度管理等方面非常重要。

本发明的目的是在组装天平时提供特别的灵活性，因此优选地设置有相比典型应用情况下必需安装的功能模块更多的模块容纳部。为了确保称重室所力求的“整洁性”，本发明设置的是，重量测量系统除了具有天平和功能模块之外，还具有无称重功能的遮板，使用这些遮板可以封闭那些恰好没有安装功能模块的模块容纳部。以此方式，可以为不同的应用组装不同的天平，但它们共用一个称重室，其装备减少到力求达到的功能所需的最低限度。

如上所述，根据本发明的模块容纳部优选地不仅提供纯机械的固定接口。反而，尤其是就有源功能模块而言，优选地还提供另外的接口。因此，在本发明改进方案中设置的是，载体结构在其凹部中的至少一个凹部的区域中具有仪器侧的识别接口部件，当置入功能模块时，该仪器侧的识别接口部件与对应的模块侧的识别接口部件接触以传输识别数据。在此，仪器侧的识别接口部件被构造为光学的、磁的、触觉上的、无线电或电子的接收单元，并且模块侧的识别接口部件被构造为对应的光学的、磁的、触觉上的、无线电或电子的发送单元。这些措施的背景是创建自动认出和识别分别安装的功能模块的可行方案。尤其是可以设置由天平的控制单元对模块现状的自动认出。然后可以使用该信息来调整天平的功能控制。

尤其是可以根据认出的模块现状来激活天平运行系统的不同变体。这些变体可以涉及对功能模块本身的驱控。另一方面，也可能涉及整个设备相关的方面。在本发明的能替选或附加实现的实施方式中设置的是，载体结构在其凹部中的至少一个凹部的区域中具有与中央冷却设备热连接的仪器侧的热接口部件，当置入(尤其是有源)功能模块时，该仪器侧的热接口部件与对应的模块侧的热接口部件热接触。这类热接口允许有针对性地导出有源功能模块中由其电气和电子的部件产生的热。这里示例性地仅列举马达式的单元、照明单元、电离器等。尤其是结合上述识别接口，控制装置可以与认出的模块现状相关地激活冷却设备的特定运行变体，从而尽管在不同的模块现状的情况下热功率在量和分配方面存在差异，但仍实现了精确冷却抵偿。由此可以在称重室中达成始终相同的优化的温度分配。

当然，模块容纳部还应具有对应的用于以电气和电子方式、尤其是以数据技术接触有源功能模块的接口部件，于是这些接口部件在安装功能模块期间优选地自动与对应的模块侧的接口部件接触。

通常，为安装功能模块提供最大需求的那个称重室壁通常是将称重系统室、即机电式的称重系统、例如DMS(应变计)或EMK(电磁补偿)系统所处的那个室分隔的分隔壁。该称重系统室必须完全密封，即对于天平的用户来说无法接近，以此使得相应的天平可以满足检定要求。这显得与上述全部接口的可接近性相冲突。为了弥补这一目标冲突，本发明改进方案因此设置的是，如果构造为所述载体结构的称重室壁作为分隔元件被定位在称重室与称重系统室之间，该称重系统室围住与布置于称重室中的被称物载体连接的称重系统，则载体结构的凹部在称重系统室侧由固定安装的端壁来封闭。换而言之，所讨论的称重室壁采取双层构造。根据本发明的凹部朝向称重室敞开并具有能从称重室接近的仪器侧的接口部件。另一方面，在称重系统室侧，全部凹部都被不可拆卸的器壁封闭，从而消除了从称重室穿过称重系统室的可能。称重系统室就保持密封，以免影响天平的校准能力。同时却能充分利用本发明前文关于装配灵活性方面的优势。

附图说明

本发明的另外的特征和优点从下文的具体实施方式及附图得出。

其中：

图1：示出根据本发明的重量测量系统处于最终装配状态时的示意图，其中，未完整示出称重室器壁；

图2：示出图1中的重量测量系统处于中间装配状态时的天平的称重室后壁，其中，未置入功能模块或遮板；

图3：示出图1中的重量测量系统的天平的称重室后壁及其相邻区域的不完整剖图；以及

图4：示出图1中的重量测量系统的天平的优选的冷却控制的示意图。

图中相同的附图标记表示相同或相似的元件。

具体实施方式图1示出根据本发明的重量测量系统10的示意图，其基本上由天平12和置入于其中的两个功能模块14、16以及遮板15构成。在所示的实施方式中，标有附图标记14的功能模块是适于认出条形码的激光扫描单元，并且标有附图标记16的功能模块是照明单元。但功能模块14、16的具体功能与本发明的上下文无关。

在所示的实施方式中，天平12基本上包括三个区域，即称重系统室18，其中布置有图3所示的称重系统181。称重系统181的具体结构与本发明的上下文无关。在任何情况下，称重系统181都包括(未单独示出的)载荷容纳部，该载荷容纳部与被称物载体20连接，在所示的实施方式中，该被称物载体又布置于与称重系统室18相邻的称重室22中。称重室22被称重室器壁(图1中未完整示出)包围。尤其示出了被称物载体20所穿过的称重室底部24、称重室侧壁26和称重室后壁28，下面将对此予以详述。在图1的图示中，称重室后壁28基本上被功能模块14、16的前侧以及布置于这些功能模块14、16之间的遮板15覆盖。典型地，称重室器壁附加地包括另外的称重室侧壁、称重室前壁和(仅在图2和图3中示出的)称重室盖23，但该称重室盖为清楚起见未在图1中示出。

天平12还包括电子器件单元30，在所示的实施方式中，该电子器件单元基本上包括大规格的显示器。电子器件单元30可以附加地包含控制装置，下面将对此予以详述。但该控制装置也可以布置于天平12的其他部位处。认为有利的是，该控制单元被布置为与称重系统室18和称重室22隔热。

图2示出称重室后壁28的正视图，但其中既无置入的功能模块14、16又无遮板15。图3示出了天平12的称重室后壁28和相邻区域的剖视图，然而其中，图3的图示还示出已置入的功能模块14、16和已置入的遮板15。尽管有这样的区别，但结合图2和图3来看更容易理解以下描述。

称重室后壁28由竖直的支柱281和横向布置的横梁282构建而成。它们之间延伸有凹部283，这些凹部本文中又称为模块容纳部283。称重室后壁28在称重系统室侧具有密封称重系统室18的端壁284，该端壁防止模块容纳部283进入称重系统室18中。在所示的实施方式中，端壁284同样是称重系统室18的前壁。

模块容纳部283用于以空间上匹配的方式容纳功能模块14、16。在图1和图3的实施方式中，图1和图3中间的模块容纳部283中未置入有功能模块。在支柱281与横梁282之间的凹部283朝向称重室被遮板15封闭。模块容纳部283在它们的将在下面详述的配备方面相同地构成，从而使得功能模块14、16能如同其他被兼容构成的功能模块那样置入到其中每个模块容纳部283中。模块容纳部283就其尺寸方面优选为相同地、特别优选地在无分隔元件的情况下彼此合并地构成，从而使得其尺寸相当于标准尺寸的整数倍的功能模块14、16可以相称地被准确置入到一个或多个彼此相邻的模块容纳部283中。也能想到的是，模块容纳部283本身的尺寸为标准尺寸的不同整数倍。关于功能模块14、16的情况当然同样适用于遮板15。

每个模块容纳部283都具备仪器侧的识别接口部件30a，其可以与被置入的功能模块14、16的对应的模块侧的识别接口部件30b交互，以便识别出所置入的功能模块14、16并经由相应的数据线路(虚线)与控制单元连接。

此外，每个模块容纳部283都具有仪器侧的热接口部件32a，其与被置入的功能模块14、16的对应的模块侧的热接口部件32b热接触。仪器侧的热接口部件32b彼此热连接并与冷却设备(未示出)热连接(虚线)。

虽然优选地设置有另外的接口，例如用于驱控功能模块14、16的电气和数据技术上的接口，但为清楚起见未在图中示出。

所示实施方式的模块侧的热接口部件32b的特殊之处在于，它们与仪器侧的热接口部件32a相比具有不同的接触面尺寸并且具有彼此不同的接触面尺寸。全部模块侧的热接口部件32b都小于或至多等于彼此间同尺寸的仪器侧的热接口部件32a。模块侧的接触面的特别的尺寸与各自的功能模块14、16的热功率相关。尤其地，模块的热功率与热接触面尺寸之间可存在比例关系。

图4示出天平12的控制部的优选实施方式。图示出了彼此热连接并与冷却设备34热连接的仪器侧的热接口部件32a以及本图分别用脚标i识别的仪器侧的识别接口部件30a。通过仪器侧和模块侧的识别接口部件30a、b的交互获得的识别数据被发送到控制装置36，在那里尤其是发送到识别单元361。在图1和图3所示的实施方式中，识别接口i＝1将提供关于所置入的照明模块16的信息。识别接口i＝2将提供关于缺乏所置入的功能模块的信息，并且识别接口i＝3将提供关于所置入的激光扫描仪模块14的信息。可以因模块类型而异地或甚至针对模块单独进行识别。识别数据从识别单元361发送到中央单元362。它从存储单元363获得关于识别出的功能模块14、16的具体热功率的信息。如点划线所示，存储单元363可以整合到控制装置36中或与之远离地例如处于经由因特网接驳的服务器中。然而，该信息也可以保存在功能模块本身的存储单元中。尤其是可以设置的是，在质量控制的范围内，功能模块可以在其在工厂生产之后就其热功率方面执行单独的测量，然后将其结果保存在存储单元中。在没有单独测量的情况下也能够因类型而异地进行保存。在任何情况下，模块本身的信息存储结合了使天平控制单元减负、独立于外部数据源和个性化可能性的优势。

根据一方面的识别数据和另一方面的热功率数据，中央单元362计算出用于驱控冷却设备34的预设值，这些预设值被转发到与冷却设备连接的冷却控制单元364。在所示的实施方式中，所预设的冷却功率P_st相当于静态冷却功率，其由识别出的功能模块14、16的单个热功率P_mi分别乘以加权因子c_i之和组成：P_st＝∑_ic_iP_mi。在此情况下，总冷却功率P是图4中未提及的独立于模块的基本冷却功率P₀和与模块相关的静态冷却功率P_st之和：P＝P₀+P_st+P_v。

例如，使用加权因子c_i可以考虑到在其中置入功能模块14、16的特别的定位，也就是特别的模块容纳部。当然，也可以省去这样的加权，即，加权因子则等于1或在所有被加数中相同。

该静态冷却功率P_st由冷却设备34等分给全部仪器侧的热接口部件32a。分别符合需求的向功能模块14、16的分配经由模块侧的热接口部件32b的不同尺寸完成。

在这种冷却控制的改进方案中，静态冷却功率P_st仅形成总冷却功率P的多个项中的一个项：P＝P₀+P_st+P_v，其中，P_v＝P_v(T)。在本实施方式中，除静态冷却功率P_st之外，还设置了小的经调节的冷却功率量值，即修正冷却功率P_v，利用它可以抵偿称重室22中温度T的较小的波动。

当然，具体实施方式中所述和附图中所示的实施方式仅代表本发明的示例性的实施例。根据本文的公开内容，为本领域技术人员给予了宽泛的变型可行方案。尤其可能的是，作为称重室后壁28的替选或附加地，称重室器壁的其中一个或多个其余壁可以采取所描述的方式设计为具有构造为模块容纳部的凹部的支柱/横梁结构。在模块容纳部不与尤其是出于检定的原因要密封的室相邻的情况下，本文指出的实施方式中的特殊的密封壁将并非必要。

附图标记列表

10 重量测量系统

12 天平

14 功能模块

15 遮板

16 功能模块

18 称重系统室

181 称重系统

20 被称物载体

22 称重室

23 称重室盖

24 称重室底部

26 称重室侧壁

28 称重室后壁

281 支柱

282 横梁

283 凹部/模块容纳部

284 端壁

30a/30b 仪器侧/模块侧的识别接口部件

32a/32b 仪器侧/模块侧的热接口部件

34 冷却设备

36 控制装置

361 识别单元

362 中央单元

363 存储单元

364 冷却控制单元

P 总冷却功率

P₀ 基本冷却功率

P_st 静态冷却功率

P_v 修正冷却功率

c_i 加权因子

P_mi 因模块而异的热功率

T (称重室内的)温度

Claims

1.重量测量系统(10)，所述重量测量系统包括：

-天平(12)，所述天平具有由多个称重室壁(23、24、26、28)包围的称重室(22)、机电式的称重系统(181)和电子的控制装置(36)，所述控制装置用于根据保存在所述控制装置的存储器(363)中的规则来控制系统运行；以及

-多个功能模块(14、16)，所述功能模块能按需置入到布置于至少一个称重室壁(28)处的模块容纳部中，

其特征在于，

还包括另外的无称重功能的遮板，并且所述至少一个称重室壁(28)被构造为载体结构，所述载体结构具有凹部(283)，所述凹部呈现出占据壁面主要部分的空隙且形成所述模块容纳部，其中，所述凹部(283)能以有选择的方式通过空间上与其相匹配的所述无称重功能的遮板(15)或所述功能模块(14、16)来封闭。

2.根据权利要求1所述的重量测量系统(10)，

其特征在于，

所述载体结构在其凹部(283)中的至少一个凹部的区域中具有仪器侧的识别接口部件(30a)，当置入功能模块(14、16)时，所述仪器侧的识别接口部件与对应的模块侧的识别接口部件(30b)接触以传输识别数据。

3.根据权利要求2所述的重量测量系统(10)，

其特征在于，

所述仪器侧的识别接口部件(30a)被构造为光学的、磁的、触觉上的、无线电或电子的接收单元，并且所述模块侧的识别接口部件(30b)被构造为对应的光学的、磁的、触觉上的、无线电或电子的发送单元。

4.根据前述权利要求中任一项所述的重量测量系统(10)，

其特征在于，

所述载体结构在其凹部(283)中的至少一个凹部的区域中具有与中央冷却设备(34)热连接的仪器侧的热接口部件(32a)，当置入功能模块(14、16)时，所述仪器侧的热接口部件与对应的模块侧的热接口部件(32b)热接触。

5.根据前述权利要求中任一项所述的重量测量系统(10)，

其特征在于，

构造为所述载体结构的称重室壁(28)作为分隔元件被定位在所述称重室(22)与称重系统室(18)之间，所述称重系统室围住与布置于称重室(22)中的被称物载体(20)连接的称重系统(181)，

其中，所述载体结构的凹部(283)在称重系统室侧由固定安装的端壁(284)来封闭。