CN113348343B

CN113348343B - 重量测量系统

Info

Publication number: CN113348343B
Application number: CN202080009304.8A
Authority: CN
Inventors: 马尔特·施滕德; 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: 2023-11-10
Anticipated expiration: 2040-02-04
Also published as: US20210364344A1; EP3921608B1; WO2020161102A1; PL3921608T3; EP3921608A1; CN113348343A; DE102019102811A1; DE102019102811B4

Abstract

本发明涉及一种重量测量系统，其包括：‑天平(12)，该天平具有由称重室器壁(23、24、26、28)包围的称重室(22)、机电式的称重系统(181)、用于控制系统运行的电子的控制装置(36)和能由控制装置控制的用于冷却称重室(22)的冷却设备(34)；以及‑多个在运行期间生成热的功能模块(14、16)，功能模块能按需置入到布置于称重室器壁(28)处的模块容纳部(283)中。本发明的特征在于，模块容纳部(283)具有与冷却设备(34)热连接的仪器侧的热接口部件(32a)，并且功能模块(14、16)具有对应的模块侧的热接口部件(32b)，模块侧的热接口部件在各自的功能模块(14、16)的置入状态下与分别配属的模块容纳部(283)的仪器侧的热接口部件(32a)热接触。

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，该天平具有由称重室器壁包围的称重室、机电式的称重系统、用于控制系统运行的电子的控制装置、和能由控制装置控制的用于冷却称重室的冷却设备；以及

-多个在运行期间生成热的功能模块，这些功能模块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，例如，DMS(应变计)或EMK(电磁补偿)系统，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，其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，必须用同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，这就导致显著节省成本。

上述构思的问题在于，在有源模块的情况下，例如照明设备、马达式的模块、电离器等，由于不同的模块而引入了不同的热功率。然而，众所周知，称重过程对温度极为严苛。典型地，力求将整个称重室的温度精确地匹配到环境温度。但还公知如下构思，其中，在称重室中应构建起特定的温度梯度。对此，DE 10 2009 055 622 B4做了示例性地说明。在任何情况下，在公知设备中实现的温度分配皆为安装的热源和进行抵偿的冷却措施在空间和热功率方面极度确切协调的结果。当称重室配备不同功能模块以适应视需求而更改的需求时，热源的特殊布置的每次改变将不可避免地对称重室中的温度分配造成干扰性的影响，进而是对称重精度造成不利的影响。

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，或者还可以布置有电子控件，因此能附接当前意义下的功能模块。该印刷文献并未提及向称重室热量输入的相关问题。

EP 1 396 711 B1公开了一种天平，其称重室未配备任何功能模块，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。

DE 10 2009 055 624 A1公开了一种天平，其具有布置于壳体下部结构中的称重电子器件，该称重电子器件借助隔热板尤其是隔绝称重室，其中，该隔热板与热电模块的冷却侧连接。

JP 2 586 115 B2中采取了一种类似的手段，隔热的称重电子器件在此位于称重室后面的壳体中。

发明内容

本发明的任务是改进一种按类属的重量测量系统，使得称重室按需变换地配备功能模块不会有或至少显著减少对称重室中温度分配的干扰。

该任务结合了权利要求1前序部分的特征通过如下方式来解决，即，使得模块容纳部具有与冷却设备热连接的仪器侧的热接口部件，并且功能模块具有对应的模块侧的热接口部件，该模块侧的热接口部件在各自的功能模块的置入状态下与分别配属的模块容纳部的仪器侧的热接口部件热接触。

优选实施方式是从属权利要求的主题。

本发明设置有功能模块(即可变换的热源)至天平的中央冷却设备的自动联接。所有模块容纳部，即在其上能够安装有源的(即生成热的)功能模块的所有定位，均配备有仪器侧的热接口部件，然而，这些仪器侧的热接口部件仅在需要情况下使用，即当实际上安装具有对应的模块侧的热接口部件的功能模块时才使用。在所给定的模块容纳部中未安装功能模块的情况下，仪器侧的热接口部件保持未配对，即不接触。这样未被有源功能模块占据的模块容纳部可以用遮板或无源的(即不生成热的)功能模块来封闭。在此，这样的遮板或这样的无源功能模块必要时可以配备有合适的隔热元件，从而使得未接触的仪器侧的热接口部件不呈现出会干扰称重室中温度分配的冷源。替选地可以设置的是，天平的整体热设计在考虑这种冷源的情况下进行，也就是说，在称重室中的所期望的温度分配恰好是在无接触的仪器侧的热接口部件的情况下，即未安装有源功能模块的情况下进行。

当安装有源功能模块时，相互间的热接口组件将自动接触，从而使得冷却设备可以抵偿性地减少功能模块中生成的热。这种热接口可以例如呈两个优选彼此受弹簧加载的金属板的形式实现，其中一个与冷却设备热联接，而另一个与功能模块的热源热联接。这些板相对彼此定位于天平上，尤其是定位于模块容纳部的区域中或功能模块上，使得这些板当功能模块置入到模块容纳部中时彼此优选在弹簧加载下发生接触。

实践中特别有利的是，模块容纳部是标准化的，使得每个模块容纳部原则上能够用于安装每个功能模块。由此将在构建重量测量系统时的灵活性最大化。然而在此出问题的是，不同的有源功能模块将带来不同的热功率。这一点原则上可以利用针对每个模块容纳部的单独冷却设备来应对。然而，这在设计结构和控制技术方面需要非常复杂的冷却设备结构。更有利的是，全部的仪器侧的热接口部件彼此间共同地与冷却设备热连接。然而，这就导致所有仪器侧的热接口部件被施加同一冷却功率，该冷却功率尤其是可能无法最佳方式对应于分别安装的功能模块的热功率。相应地，可能发生某些功能模块的热功率抵偿过度而其他功能模块的热功率抵偿不足的情况。相对于公知的重量测量系统，这仍然面临相当大的改进空间；而单独抵偿较为可取。

为此目的，在本发明的改进方案中设置的是，每个仪器侧的热接口部件具有仪器侧的接触面，并且这些仪器侧的接触面彼此大小相等，并且每个模块侧的热接口部件具有模块侧的接触面，并且这些模块侧的接触面因模块而异而大小不同。在此，尤其可以设置的是，每个模块侧的接触面的尺寸等于或小于仪器侧的接触面的尺寸并且与各自的功能模块的平均运行热功率相关。换而言之，因此，在本改进方案中给仪器侧的接触面设置最大标准尺寸，而模块侧的热接口部件一般更小并且在任何情况下均与其功能模块的热功率相协调。由此，在冷却设备的基于仪器侧的接触面的共用的耦合和相同的设计而相同分布地施加到仪器侧的热接口部件上的总冷却功率中，仅有一部分被每个功能模块截取，被截取的这部分相当于总热功率中的由各自的模块所产生的那部分。因此，具有更高热功率的模块将经受更强的冷却；而具有更低热功率的模块则经受较弱的冷却。应当注意，接触面不必设计为分别连通的面。也能想到设计为多个单面，尤其是多个相同尺寸的单面，其中根据模块的热功率而定地将适当多的单面热接触或不接触。

上述改进方案因此确保了不同安装的功能模块相对更为平衡的冷却。然而，这未必保证对每个功能模块中发生的热功率进行绝对的精确抵偿。但当施加于仪器侧的热接口部件的总冷却功率在绝对值方面等于所安装的功能模块产生的总热功率时，便能实现这一点。因此，在本发明的改进方案中也对这一情况进行设置。尤其设置的是，控制装置被设立成以与所置入的功能模块的类型和数目相关的冷却功率来驱控冷却设备。如本领域技术人员认识到，这一情况假定了安装在控制装置中的功能模块是已知的。如上所述，通过合适的识别接口可以确保这一点，这些识别接口可以采取机械式、电气、电子、光学、磁性、无线电地实现或以其他方式来实现。制造方十分确切地了解各个功能模块所产生的热功率。因此，可以相应地对控制装置进行编程，针对每个附加安装的功能模块，冷却功率将提高相当于其热功率的量。利用这种措施便确保，施加于仪器侧的热接口部件的总冷却功率等于所安装的功能模块发生的总热功率。

另外优选设置的是，模块侧的接触面的尺寸彼此协调，使得每个功能模块从等分到所有仪器侧的热接口部件上的冷却功率中截取抵偿其平均运行热功率的冷却功率量。这一点尤其是可通过如下方式来实现，即，使得模块侧的接触面的尺寸与各自的功能模块的平均运行热功率线性相关。例如，产生双倍于参考模块热功率的功能模块的模块侧的接触面可以是参考模块的模块侧的接触面的双倍大。

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的具体构型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更容易理解下述描述。

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就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能如同其被他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可以相称地准确置入到一个或多个相邻的模块容纳部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)。

虽然优选地设置另外的接口，例如用于驱控功能模块14、16的电气和电子的、尤其是数据技术上的接口，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。图中示出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，然后将其结果存储在存储单元中。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，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_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)，所述天平具有由称重室器壁(23、24、26、28)包围的称重室(22)、机电式的称重系统(181)和用于控制系统运行的电子的控制装置(36)；以及

-多个在运行期间生成热的功能模块(14、16)，所述功能模块能按需置入到布置于所述称重室器壁(28)处的模块容纳部(283)中，

其特征在于，

所述天平还具有能由所述控制装置控制的用于冷却所述称重室(22)的中央冷却设备(34)，并且所述模块容纳部(283)具有与所述中央冷却设备(34)热连接的仪器侧的热接口部件(32a)，并且所述功能模块(14、16)具有对应的模块侧的热接口部件(32b)，所述模块侧的热接口部件在各自的功能模块(14、16)的置入状态下与分别配属的模块容纳部(283)的仪器侧的热接口部件(32a)热接触。

2.根据权利要求1所述的重量测量系统(10)，

其特征在于，

每个仪器侧的热接口部件(32a)具有仪器侧的接触面，并且所述仪器侧的接触面彼此大小相等；

并且，每个模块侧的热接口部件(32b)具有模块侧的接触面，并且所述模块侧的接触面因模块而异而大小不同，

其中，每个模块侧的接触面的尺寸等于或小于所述仪器侧的接触面的尺寸并且与各自的功能模块(14、16)的平均运行热功率相关。

3.根据权利要求2所述的重量测量系统(10)，

其特征在于，

所述控制装置(36)被设立成以与所置入的功能模块(14、16)的类型和数目相关的冷却功率P来驱控所述中央冷却设备(34)。

4.根据权利要求3所述的重量测量系统(10)，

其特征在于，

所述模块侧的接触面的尺寸彼此协调，使得每个功能模块(14、16)从等分到所有仪器侧的热接口部件(32a)上的冷却功率P中截取抵偿该功能模块的平均运行热功率的冷却功率量。

5.根据权利要求4所述的重量测量系统(10)，

其特征在于，

所述模块侧的接触面的尺寸与各自的功能模块(14、16)的平均运行热功率线性相关。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的重量测量系统(10)，

每个模块容纳部(283)具有仪器侧的识别接口部件(30a)，并且每个功能模块(14、16)具有对应的模块侧的识别接口部件(30b)，

并且，所述控制装置(36)被设立成通过各自的仪器侧和模块侧的识别接口部件(30a、30b)之间的交互来识别每个置入到模块容纳部(283)中的功能模块(14、16)，并且相应地驱控所述中央冷却设备(34)。