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Die Erfindung betrifft ein Kalibriersystem für wenigstens ein Sensormodul.
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Um in Analysegeräten exakte Messwerte zu erhalten, ist es notwendig, die zur Erlangung der Messwerte verwendeten Sensoren zu kalibrieren. Eine Kalibrierung ist entweder einmalig erforderlich, wenn ein neuer Sensor in ein System eingesetzt wird, kann aber auch in bestimmten Abständen wiederholt werden, um die Messgenauigkeit der Sensoren zu erhalten.
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Die Kalibrierung der Sensoren sollte möglichst schnell, einfach und unter sparsamer Verwendung der notwendigen Kalibrierflüssigkeiten durchführbar sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kalibriersystem zu schaffen, das diese Anforderungen erfüllt.
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Hierzu ist ein Kalibriersystem vorgesehen, mit einer Kalibriervorrichtung, die zumindest eine Kalibrierflüssigkeitsaufnahme aufweist und eine elektrische und eine fluidische Schnittstelle zum lösbaren Anschließen wenigstens eines zu kalibrierenden Sensormoduls. Das Sensormodul ist eine baulich von der Kalibriervorrichtung separate Einheit und enthält einen oder mehrere Sensoren. Die Kalibriervorrichtung weist außerdem eine Steuerung auf, welche die Strömung von Kalibrierflüssigkeit durch das an die Kalibriervorrichtung angeschlossene Sensormodul steuert und welche über die elektrische Schnittstelle elektrisch mit dem angeschlossenen Sensormodul gekoppelt ist und Messdaten vom Sensormodul erfassen kann. Im Kalibriersystem, insbesondere im Sensormodul, sind Kalibrierdaten hinterlegt, sodass die Kalibriervorrichtung verschiedene Sensormodule, die an die Schnittstelle angekoppelt werden können, kalibrieren kann.
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Zum Kalibrieren eines Sensors wird das diesen Sensor enthaltende Sensormodul über die elektrische und die fluidische Schnittstelle mit der Kalibriervorrichtung gekoppelt und in der Kalibriervorrichtung mit einer oder mehreren Kalibrierflüssigkeiten durchspült. Die bezüglich der Kalibrierflüssigkeiten von dem oder den Sensoren erfassten Messdaten werden von der Steuerung der Kalibriervorrichtung erfasst und ausgewertet. Die bei der Kalibrierung erhaltenen Daten werden vorteilhaft in einem Speicher des Sensormoduls abgelegt. Nach erfolgter Kalibrierung wird das Sensormodul wieder von der Kalibriervorrichtung getrennt und kann in sein eigentliches Analysegerät oder Messsystem eingesetzt werden.
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Das Kalibriersystem ist nicht auf die Kalibrierung von einer bestimmten Sensorart beschränkt, sondern kann für eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren eingesetzt werden. Dabei ist es möglich, Kalibrierdaten für unterschiedliche Sensormodule in der Steuereinheit der Kalibriervorrichtung zu hinterlegen, sodass die Kalibriervorrichtung nach Identifikation des Sensormoduls für die Durchführung des Kalibriervorgangs auf die gespeicherten Daten zurückgreifen kann.
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Vorzugsweise sind die für das jeweilige Sensormodul spezifischen Kalibrierdaten einschließlich wenigstens eines spezifischen Kalibrierzyklus, der dessen Kalibrierung definiert, jedoch im Sensormodul selbst abgelegt, z.B. in einer Elektronik des Sensormoduls, und werden für den Kalibriervorgang von der Kalibriervorrichtung ausgelesen. Dies hat den Vorteil, dass in dem Kalibriersystem auch neu entwickelte Sensormodule kalibriert werden können, deren Daten nicht in der Steuerung der Kalibriervorrichtung abgelegt sind, ohne zuerst ein Update der Kalibriervorrichtung durchzuführen. Der Kalibrierzyklus sowie andere für das jeweilige Sensormodul spezifische Kalibrierdaten können in einem Festspeicher des Sensormoduls abgelegt sein, der insbesondere Teil der vorzugsweise einen oder mehrere Mikrochips aufweisenden Elektronik ist. Die Elektronik ist fester Bestandteil des Sensormoduls.
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Zu den Kalibrierdaten gehören insbesondere Daten, die die Identifikation bestimmter Sensorarten und den zugehörigen Sensormodulen ermöglichen, z.B. Typenbezeichnungen, Seriennummern und andere Herstellerangaben.
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Derartige Daten zur Identifikation verschiedener anzuschließender Sensormodule sind bevorzugt im Sensormodul hinterlegt, können aber auch in der Steuerung hinterlegt sein.
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In der Steuerung können auch verschiedene Kalibrierzyklen abgelegt sein, die unterschiedlichen Sensorarten bzw. Typen von Sensormodulen zugeordnet sind. Auch diese Daten werden hier zu den Kalibrierdaten gezählt.
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Da die für das jeweilige Sensormodul spezifischen Daten entweder im Sensormodul selbst oder in der Kalibriervorrichtung gespeichert sind, kann jede Sensorart mit einem eigenständigen Kalibrierzyklus behandelt werden, der sich insbesondere in der Art, der Reihenfolge und/oder der Menge der dem Sensor zugeführten Kalibrierflüssigkeiten sowie etwaiger vor-, nach- und/oder zwischengeschalteter Spülvorgänge unterscheiden kann. Nach Durchlaufen eines Kalibrierzyklus ist die Kalibrierung des Sensors im Sensormodul abgeschlossen.
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Wenn die spezifischen Daten im Sensormodul selbst abgespeichert sind, können auch zukünftig entwickelte Sensormodule im Kalibriersystem eingesetzt und kalibriert werden, weil die spezifischen Daten, oder sozusagen die „Intelligenz“ im Sensormodul mitgeliefert wird.
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Um die Bedienerfreundlichkeit zu erhöhen, werden Identifikationsdaten und gegebenenfalls Kalibrierdaten eines angeschlossenen Sensormoduls vorteilhaft automatisch beim Anschluss eines Sensormoduls über die Schnittstelle von der Kalibriervorrichtung erfasst. Es ist jedoch denkbar, auch eine händische Eingabe der Identifikationsdaten eines Sensormoduls zu ermöglichen.
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Die Steuerung ist vorzugsweise so programmiert, dass sie nach dem Anschließen eines Sensormoduls an die Schnittstelle einen Identifikationszyklus zum Erkennen der Art des Sensors des angeschlossenen initiiert. Beispielsweise kann beim Anstecken eines Sensormoduls von der Steuerung überwacht werden, welcher Sensor sich an einem Bussystem der Kalibriervorrichtung anmeldet. Hierbei werden vorteilhaft Daten übertragen, die die Identifikation des Sensors ermöglichen, sowie Kalibrierdaten des Sensormoduls. Alternativ kann auch ein Abgleich mit einer in der Steuerung abgelegten Liste von Sensordaten erfolgen, wobei die Steuerung dann wählt den genau passenden Kalibrierzyklus mit den passenden Kalibrierungsschritten für diese Sensorart auswählt.
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Bei der Kalibrierung der Sensoren können mehrere Kalibrierflüssigkeiten zum Einsatz kommen. Hierzu weist die Kalibriervorrichtung beispielsweise mehrere Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen zum Einsetzen von Kalibrierflüssigkeitsbehältern mit verschiedenen Kalibrierflüssigkeiten auf.
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Es kann für jede Kalibrierflüssigkeit ein separater Kalibrierflüssigkeitsbehälter eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können als Kalibrierflüssigkeitsbehälter aber auch Kartuschen zum Einsatz kommen, in denen jeweils mehrere Kalibrierflüssigkeitsbehälter mit gegebenenfalls unterschiedlichen Kalibrierflüssigkeiten zusammengefasst sind, die als Ganzes ausgetauscht werden, wobei die Kartusche in eine Kalibrierflüssigkeitsaufnahme einsetzbar ist. Dabei ist es natürlich möglich, für unterschiedliche Sensorarten Kartuschen mit unterschiedlichen Zusammenstellungen von Kalibrierflüssigkeiten bereitzustellen.
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Als eine der Kalibrierflüssigkeiten kann eine allgemein verwendbare Spüloder Reinigungsflüssigkeit vorgesehen sein. Diese Spül- oder Reinigungsflüssigkeit kann in einem eigenen Behälter mit meist größerem Fassungsvermögen bereitgestellt werden, der beispielsweise in einer eigens vorgesehenen Kalibrierflüssigkeitsaufnahme platziert ist. Ein Kalibrierflüssigkeitsbehälter mit Spül- oder Reinigungsflüssigkeit kann aber auch Teil einer oben beschriebenen Kartusche sein.
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Um einen Wechsel der Kalibrierflüssigkeitsbehälter zu vereinfachen, haben die Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen bevorzugt fluidische Schnittstellen, die so ausgebildet sind, dass die Kalibrierflüssigkeitsbehälter werkzeugfrei einsetzbar und wieder herausnehmbar sind. Die Schnittstellen bilden einen gegenüber der Umgebung fluiddichten Durchgang vom eingesetzten Kalibrierflüssigkeitsbehälter zu den Fluidleitungen der Kalibriervorrichtung.
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Zusätzlich ist vorzugsweise ein eigener Kalibrierflüssigkeitsbehälter vorgesehen, der als Abfallsammelbehälter zur Aufnahme der gebrauchten Kalibrier-, Spül- und Reinigungsflüssigkeiten dient.
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Auch das Erkennen der eingesetzten Kalibrierflüssigkeitsbehälter lässt sich automatisieren, beispielsweise indem im Bereich der zumindest einen Kalibrierflüssigkeitsaufnahme ein Erkennungssensor zum Erkennen des eingesetzten Kalibrierflüssigkeitsbehälters vorhanden ist, wobei der Erkennungssensor mit der Steuerung gekoppelt ist. Auf diese Weise kann beim Einsetzen eines neuen einzelnen Kalibrierflüssigkeitsbehälters oder einer neuen Kartusche mit mehreren Kalibrierflüssigkeiten direkt ein Abgleich über die Steuerung erfolgen, ob die Kalibrierflüssigkeit bzw. die Kartusche für dieses System geeignet ist und die richtigen Kalibrierflüssigkeiten für das aktuell angeschlossene Sensormodul aufweist. Dies erlaubt auch, die Kalibrierflüssigkeitsbehälter in einer beliebigen Anordnung in die Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen einzusetzen, ohne dass eine Aufnahme einer bestimmten Kalibrierflüssigkeit zugeordnet sein muss.
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Zur Identifizierung der jeweiligen Kalibrierflüssigkeit bzw. jeweiligen Kartusche kann an dem zumindest einen Kalibrierflüssigkeitsbehälter bzw. der Kartusche ein Barcode oder ein EEPROM vorhanden sein, wobei dann der Erkennungssensor Teil eines Barcode-Lesegeräts bzw. einer EEPROM-Leseeinrichtung ist.
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Das angeschlossene zu kalibrierende Sensormodul hat beispielsweise optische und/oder elektrochemische Sensoren, die in der Kalibriervorrichtung kalibriert werden.
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Mögliche Sensorarten, die in einem Sensormodul enthalten sein können, sind etwa Sensoren zur Bestimmung des pH-Werts, der Trübung, der elektrischen Leitfähigkeit, des Oxidations- und/oder Reduktionspotenzials, des spektralen Absorptionskoeffizienten einer Flüssigkeit oder auch einer Konzentration von Chlor oder von Chlordioxid in der Flüssigkeit. Es können auch beliebige Kombinationen von Sensoren vorgesehen sein, die beispielsweise nacheinander kalibriert werden können. Natürlich können auch weitere, hier nicht genannte Sensoren in den Sensormodulen vorgesehen sein, die dann mit geeigneten Kalibrierflüssigkeiten und geeigneten Kalibrierzyklen kalibriert werden können.
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Vorzugsweise ist das Sensormodul durch eine Steckverbindung gleichzeitig an die elektrische und an die fluidische Schnittstelle ankoppelbar, sodass das Sensormodul nur durch Einstecken mit der Kalibriervorrichtung verbunden werden kann, ohne dass Schlauchanschlüsse verbunden oder gelöst werden müssten bzw. elektrische Kabelverbindungen einzeln geschlossen oder gelöst werden müssten.
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Die Kalibrierflüssigkeit wird bevorzugt durch eine in der Kalibriervorrichtung stromabwärts der Schnittstelle angeordnete Pumpe durch das Sensormodul bewegt. Diese Anordnung ermöglicht es insbesondere, als Pumpe eine preisgünstige Membranpumpe einzusetzen, auch wenn diese im Betrieb gegebenenfalls mikroskopische Luftblasen erzeugen sollte. Derartige Luftblasen würden zwar eine Kalibrierung beispielsweise eines Trübungssensors negativ beeinflussen, können aber bei einer stromabwärtigen Anordnung der Pumpe vom Sensormodul nicht in den Sensor gelangen und daher keinen Einfluss auf die Messung nehmen.
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An ihrer stromabwärtigen Seite ist die Pumpe vorteilhaft mit einem als Abfallsammelbehälter dienenden Kalibrierflüssigkeitsbehälter verbunden, der die von der Pumpe geförderten Flüssigkeiten aufnimmt.
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Am Abfallsammelbehälter kann ein Gewichtssensor angeordnet sein, über den ein Gesamtdurchfluss von Kalibrierflüssigkeiten durch das Sensormodul und die Kalibriervorrichtung erfasst wird. Mittels des Gewichtssensors lässt sich auch überwachen, ob Kalibrierflüssigkeits- oder Spüllösungsbehälter leer sind, da in diesem Fall keine Flüssigkeit durch das System bewegt wird und dementsprechend eine Gewichtszunahme des Abfallsammelbehälters ausbleibt.
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Die Pumpe zum Pumpen der Kalibrierflüssigkeiten kann so am Gehäuse der Kalibriervorrichtung angebracht sein, dass von der Pumpe erzeugte Vibrationen auf das Sensormodul übertragen werden. Durch die Vibrationen lassen sich eventuell im Sensormodul vorhandene Gasblasen lösen, sodass diese mit dem Fluidstrom aus dem Sensormodul heraus befördert werden können. Dies bietet sich insbesondere an, wenn vor der eigentlichen Kalibrierung ein Spülschritt mit einer Spül- oder Reinigungsflüssigkeit erfolgt. Bei der nachfolgenden Kalibrierung mit der oder den eigentlichen Kalibrierungslösungen ist dann der Sensor gasblasenfrei, und die Qualität der Kalibrierung erhöht sich.
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Um diesen Effekt hervorzurufen, kann die Pumpe beispielsweise an demjenigen Teil des Außengehäuses der Kalibriervorrichtung angebracht sein, an dem auch die Schnittstelle für das Sensormodul sitzt.
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Die Schnittstelle für das Sensormodul lässt sich z.B. in Form einer Sensoranschlussplatte ausbilden, in der die Fluidanschlüsse für die fluidische Schnittstelle ausgebildet sind und in der auch ein Stecker als elektrische Schnittstelle vorgesehen ist. Die Fluidanschlüsse sind dabei permanent mit Fluidleitungen im Inneren der Kalibriervorrichtung verbunden, während der Stecker permanent über eine elektrische Versorgungsleitung und eine Datenleitung elektrisch mit der Steuerung verbunden ist. Selbstverständlich kann die Schnittstelle auch auf andere Weise ausgebildet sein.
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Zwischen den mehreren Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen und der Schnittstelle sind vorzugsweise schaltbare Ventile vorgesehen, die einen Zuströmkanal der jeweiligen Kalibrierflüssigkeitsschnittstelle öffnen und/oder schließen. Auf diese Weise kann jeder Kalibrierflüssigkeitsbehälter einzeln angesteuert werden, und jede Kalibrierflüssigkeit kann dem Sensormodul in einer beliebigen, von der Steuerung innerhalb des Kalibrierzyklus für den jeweiligen Sensor vorgegebenen Reihenfolge und Zeitdauer einzeln zugeführt werden. Ebenso können beispielsweise gezielt eine Spül- bzw. Reinigungsflüssigkeit oder auch Luft einzeln zugeführt oder gegebenenfalls einer Kalibrierflüssigkeit beigemischt werden.
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Für die Dauer der Kalibrierung bleiben dabei die Fluidanschlüsse des Sensormoduls kontinuierlich d.h. permanent mit der fluidischen Schnittstelle verbunden. Natürlich können Schaltventile vorgesehen sein. Jedoch bleibt das Sensormodul permanent an die Kalibiervorrichtung angekoppelt, bis der Kalibriervorgang abgeschlossen ist.
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Generell gilt, dass die Kalibriervorrichtung vorzugsweise mehrere Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen für unterschiedliche Kalibrierflüssigkeiten aufweist, sowie dass mehrere unterschiedliche, an die Schnittstelle ankoppelbare Sensormodule im Kalibriersystem vorgesehen sein können.
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Das System, in dem die Sensormodule zum Erfassen von konkreten Messwerten eingesetzt sind, kann beispielsweise ein Wasseranalysegerät sein, mit dem etwa Trinkwasser überwacht wird.
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Das erfindungsgemäße Kalibriersystem kann als Zusatzsystem für ein derartiges Analysegerät betrieben werden, wobei die im Wasseranalysegerät eingesetzten Sensoren aus dem Wasseranalysegerät entnommen werden, über die Schnittstellen mit der Kalibriervorrichtung des Kalibriersystems verbunden werden, dort kalibriert werden, wieder von der Kalibriervorrichtung getrennt werden und anschließend wieder in das Wasseranalysegerät eingesetzt werden. Natürlich können auch neue Sensoren für das Wasseranalysegerät zuerst im Kalibriersystem kalibriert werden und anschließend kalibriert in das Wasseranalysegerät eingesetzt werden.
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Das Kalibriersystem kann aber natürlich auch für Analysegeräte für andere Flüssigkeiten außer Wasser eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Kalibriersystem ist grundsätzlich sowohl für neu einzubauende Sensoren als auch für nachzukalibrierende Sensoren einsetzbar.
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Durch die Verwendung eines eigenständigen, vom eigentlichen Analysesystem getrennten Kalibriersystems mit einer eigenen Kalibriervorrichtung können die Fluidwege sehr kurz gehalten werden, was einen sparsamen Umgang mit den Kalibrierflüssigkeiten erlaubt. Außerdem können auch aggressive Flüssigkeiten zum Kalibrieren verwendet werden, die eventuell andere Teile des eigentlichen Analysegerätes beeinträchtigen könnten. Auf diese Weise ist eine genauere Kalibrierung möglich. Außerdem kann im Kalibriersystem gezielt und separat jeweils ein einzelner Sensor kalibriert werden, wenn die verschiedenen Sensoren des eigentlichen Analysegeräts in unterschiedlichen Sensormodulen enthalten sind. Auf diese Weise wird eine Beeinträchtigung der anderen Sensoren des Analysegerätes sicher verhindert, weil die einzelnen Sensormodule separat kalibriert werden.
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Durch eine automatische Erkennung des jeweils an die Kalibriervorrichtung angekoppelten, über die Schnittstellen mit dieser verbundenen Sensormoduls ist der Bedienaufwand für den Benutzer auf ein Mindestmaß reduzierbar. Gleiches gilt für die Verwendung der korrekten Kalibrierflüssigkeiten, die über die eingesetzten Kalibrierflüssigkeitsbehälter und die automatische Erkennung der jeweiligen eingesetzten Kalibrierflüssigkeitsbehälter korrekt verwendet werden können und nur wenig Benutzerinteraktion erfordern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Übersichtszeichnung eines erfindungsgemäßen Kalibriersystems;
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2 eine Kalibriervorrichtung des erfindungsgemäßen Kalibriersystems aus 1;
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3 die Kalibriervorrichtung aus 2 mit ein eingestecktem Sensormodul; und
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4 eine Variante der in 2 dargestellten Kalibriervorrichtung.
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1 zeigt ein Kalibriersystem 10, das eine Kalibriervorrichtung 12 sowie wenigstens ein damit lösbar verbindbares, zu kalibrierendes Sensormodul 14 umfasst. Das Sensormodul 14 ist eine baulich von der Kalibriervorrichtung 12 getrennte Einheit.
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Die Kalibriervorrichtung 12 ist ein eigenständiges Gerät, das ein umschließendes Außengehäuse 16 aufweist. Im Außengehäuse 16 ist eine Sensoranschlussplatte 18 eingesetzt, die eine Schnittstelle 20 zum Anschluss des Sensormoduls 14 aufweist. Die Schnittstelle 20 kann natürlich auch auf andere Weise als in Form der gezeigten Sensoranschlussplatte 18 realisiert sein.
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Die Schnittstelle 20 umfasst eine fluidische Schnittstelle 22a, 22b, die zwei ins Innere des Außengehäuses 16 der Kalibriervorrichtung 12 führende Fluidanschlüsse umfasst, welche eine Fluidzuleitung und eine Fluidableitung bilden und welche mit Fluidzu- und -ableitungen 30, 32 im Inneren der Kalibriervorrichtung 12 verbunden sind.
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Außerdem umfasst die Schnittstelle 20 eine elektrische Schnittstelle 24, in der eine oder mehrere Strom- und/oder Datenleitungen 26 münden, beispielsweise in einem Stecker. Die Strom- und/oder Datenleitungen 26 sind mit einer Steuerung 28 der Kalibriervorrichtung 12 verbunden, die ebenfalls im Inneren des Außengehäuses 16 angeordnet ist.
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Die fluidische Schnittstelle 22a, 22b und die elektrische Schnittstelle 24 sind in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Die Schnittstelle 20 ist so ausgebildet, dass sowohl die fluidischen Anschlüsse als auch die elektrischen Anschlüsse mit einem einzigen Ansteckvorgang des Sensormoduls 14 verbunden werden können.
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Wenn kein Sensormodul 14 aufgesteckt ist, sind die fluidischen Schnittstellen 22a, 22b hier fluiddicht verschlossen, um ein Austreten von Flüssigkeit aus der Kalibriervorrichtung 12 zu verhindern. Das Freigeben und Verschließen der fluidischen Schnittstellen 22a, 22b erfolgt selbsttätig über eine geeignete, nicht näher dargestellte Mechanik.
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Das Sensormodul 14 weist ein oder mehrere Sensoren 34 auf, die Messdaten aus einer Flüssigkeit erfassen können. Die zu messende Flüssigkeit wird dem Sensor 34 durch eine im Sensormodul 14 verlaufende Fluidleitung 36 zugeführt, die in einer Schnittstelle 38 mündet. Die Schnittstelle 38 ist hier als Anschlussplatte ausgebildet, und weist generell zwei Fluidanschlüsse 40a, 40b und zusätzlich einen elektrischen Anschluss 42 auf. Der elektrische Anschluss 42 ist mit einer elektrischen Strom- und/oder Datenleitung 44 im Inneren des Sensormoduls 14 verbunden, die zum Sensor 34 und einer mit dem Sensor 34 verbundenen Elektronik 45 führt, die insbesondere einen oder mehrere Mikrochips aufweist. Die Elektronik 45 umfasst hier einen Festspeicher, in dem spezifische Kalibrierdaten wie z.B. Identitätsdaten sowie ein Kalibrierzyklus für das jeweilige Sensormodul 14 abgelegt sind.
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Die Fluidanschlüsse 40a, 40b sind so ausgebildet und so angeordnet, dass beim Aufstecken der Schnittstelle 38 des Sensormoduls 14 auf die Schnittstelle 20 am Außengehäuse 16 der Kalibriervorrichtung 12 die Fluidanschlüsse 22a und 40a sowie die Fluidanschlüsse 22b und 40b aneinandergrenzen. So entsteht durch einfaches Aufstecken des Sensormoduls 14 auf die Schnittstelle 20 der Kalibriervorrichtung 12 eine nach außen fluiddichte Verbindung, über die die Fluidzu- und -ableitungen 30, 32 der Kalibriervorrichtung 12 mit der Fluidleitung 36 im Inneren des Sensormoduls 14 für die Dauer des Kalibriervorgangs kontinuierlich strömungsmäßig verbunden sind.
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Gleichzeitig wird der elektrische Anschluss 42 des Sensormoduls 14 in elektrischen Kontakt mit der elektrischen Schnittstelle 24 der Schnittstelle 20 der Kalibriervorrichtung 12 gebracht. Hierzu kann ein Stecker an der Schnittstelle 38 ausgebildet sein, der beim Aufstecken des Sensormoduls 14 in Eingriff mit der zu diesem Stecker kompatiblen elektrischen Schnittstelle 24 kommt.
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Die Kalibriervorrichtung 12 weist mehrere Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen 46 auf, die von der Außenseite des Außengehäuses 16 zugängig sind, und in die jeweils ein Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 eingesetzt werden kann (siehe auch 2 und 3).
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Die Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 sind über Zuströmkanäle 50 sowie kaskadierend geschaltete Ventile 52 mit der Fluidzuleitung 30 verbunden. Jedes der Ventile 52 kann einzeln von der Steuerung 28 angesteuert werden, sodass gezielt für eine bestimmte Zeitdauer und in bestimmter Menge die in dem jeweiligen Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 enthaltene Flüssigkeit zum Fluidanschluss 22a und somit in das Sensormodul 14 gefördert werden kann. Auch eine beliebige Mischung der jeweiligen Kalibrierflüssigkeiten ist möglich.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 nicht alle der jeweils gleichartigen Bauteile mit Bezugszeichen versehen.
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An einem der Ventile 52, hier dem am weitesten stromaufwärts gelegenen, ist zusätzlich eine Luftzufuhr 54 angeschlossen, durch die Umgebungsluft in die Fluidzuleitung 30 eingespeist werden kann.
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In der Fluidableitung ist stromabwärts des Sensormoduls 14 eine Pumpe 56 angeordnet, die die Bewegung der Flüssigkeiten durch die Fluidleitung 36 des Sensormoduls 14 bewirkt. Die Pumpe 56 ist über eine elektrische Leitung mit der Steuerung 28 verbunden und wird von dieser mit Strom versorgt und erhält von dieser die notwendigen Ansteuersignale.
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Stromabwärts der Pumpe 56 ist eine Fluidleitung 58 vorgesehen, die in eine der Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen 46 mündet und somit zu einem der Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 führt. Dieser Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 dient als Abfallsammelbehälter, in dem die gesamte, durch das Sensormodul 14 gespülte Flüssigkeit 60 gesammelt wird, um sie später zu entsorgen.
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Am Abfallsammelbehälter ist hier ein Gewichtssensor 61 vorgesehen, der das Gesamtgewicht des Abfallsammelbehälters erfasst. Die Steuerung 28 ist so ausgelegt, dass über den Gewichtssensor 61 auch ein Gesamtdurchfluss von Flüssigkeiten durch das Sensormodul 14 und die Kalibriervorrichtung 12 erfasst wird. Neben einer möglichen Überwachung des Füllstands des Abfallsammelbehälters ist so auch eine Kontrolle darüber möglich, ob überhaupt Flüssigkeit aus den einzelnen Kalibrierflüssigkeitsbehältern 48 oder einem Spülflüssigkeitsbehälter gepumpt wird. Beispielsweise lässt sich so erfassen, wenn ein Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 oder ein Spülflüssigkeitsbehälter leer ist.
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Die Kalibriervorrichtung 12 kann einzeln und autark betrieben werden, jedoch ist in diesem Beispiel eine elektronische Schnittstelle 62 vorgesehen, über die die Steuerung 28 mit weiteren (nicht dargestellten) elektronischen Geräten oder beispielsweise einem Netzwerk und/oder einem Steuer-PC verbunden werden kann. Über die Schnittstelle 62 kann auch die elektrische Stromversorgung der Kalibriervorrichtung 12 erfolgen, z.B. über ein externes Netzteil oder einen angeschlossenen geeigneten Datenbus. Alternativ kann zur Energieversorgung auch ein integrierter Akkumulator vorgesehen sein.
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Das Kalibriersystem 10 dient dazu, den oder die Sensoren 34 des Sensormoduls 14 zu kalibrieren. Zu diesem Zweck wird das Sensormodul 14 auf die Schnittstelle 20 der Kalibriervorrichtung 12 aufgesteckt, sodass der elektrische Anschluss 42 des Sensormoduls 14 mit der elektrischen Schnittstelle 24 der Kalibriervorrichtung 12 und die Fluidleitung 36 fluidisch mit den Fluidzu- und -ableitungen 30, 32 über die fluidische Schnittstelle 22a, 22b verbunden ist.
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Anschließend wird ein Kalibrierprozess gestartet, bei dem eine oder mehrere Kalibrierflüssigkeiten 64 aus den Kalibrierflüssigkeitsbehältern 48 zum Sensor 34 geleitet werden und von dort in den als Abfallsammelbehälter dienenden Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 abströmen. Der Sensor 34 meldet die jeweils erfassten Messwerte an die Steuerung 28 der Kalibriervorrichtung 12, wo sie ausgewertet werden. Aufgrund der ermittelten Messwerte des Sensors 34 führt die Steuerung 28 eine Kalibrierung durch, unter Zuhilfenahme der standardisierten Kalibrierflüssigkeiten 64 in den Kalibrierflüssigkeitsbehältern 48. Die so erhaltenen Daten zur Kalibrierung des Sensors 34 dieses spezifischen Sensormoduls 14 werden im Sensormodul 14 abgelegt. Das Sensormodul 14 ist somit fertig kalibriert und kann wieder von der Kalibriervorrichtung 12 gelöst werden und in seinem eigentlichen Messsystem eingesetzt werden.
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Die Prozedur kann dann mit weiteren Sensormodulen 14 fortgesetzt werden. Dabei können sich die Sensoren 34 der einzelnen Sensormodule 14 in Art, Aufbau und Messverhalten voneinander unterscheiden. Dabei können unter anderem optische und/oder elektrochemische Sensoren 34 vorgesehen sein, die jeweils mit der Kalibriervorrichtung 12 kalibriert werden.
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Beispielsweise können Sensoren 34 in unterschiedlichen Sensormodulen 14 vorgesehen sein, die eine Bestimmung eines pH-Werts einer Flüssigkeit, der Trübung, der elektrischen Leitfähigkeit des Oxidations- und/oder Reduktionspotentials, des spektralen Absorptionskoeffizienten, sowie einer Konzentration von Chlor und/oder Chlordioxid in der Flüssigkeit erlauben. Insbesondere können in der Kalibriervorrichtung 12 Sensormodule 14 kalibriert werden, die für Wasseranalysegeräte, beispielsweise für die Trinkwasseranalyse, eingesetzt werden.
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In der hier gezeigten Variante erkennt die Steuerung 28 automatisch die Art des angekoppelten Sensormoduls 14 sowie des darin enthaltenen Sensors 34.
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Hierzu empfängt beim Aufstecken des Sensormoduls 14 auf die Schnittstelle 20 der Kalibriervorrichtung 12 die dann elektrisch mit dem Sensor 34 verbundene Steuerung 28 die vom Sensor 34 automatisch beim Verbinden mit einer Spannungsquelle ausgegebenen Daten, die eine eindeutige Identifizierung der Art des Sensors 34 erlauben. Außerdem werden die Kalibrierdaten, die im Sensormodul gespeichert sind, an die Steuerung 28 der Kalibriervorrichtung 12 übertragen.
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Durch diese sogenannte Hot-Plug-Funktionalität ist eine Einwirkung des Benutzers zur Identifizierung des Sensors 34 nicht erforderlich. Um diese Funktionalität zu erreichen, sind in diesem Beispiel die Strom- und Datenleitung 26 sowie die Strom- und Datenleitung 44 als CAN-Bus ausgebildet, wobei zusätzlich ein speziell angepasstes, auf CAN-Open basierendes Protokoll verwendet wird, das die Hot-Plug-Funktionalität erlaubt.
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Alternativ werden die empfangenen Identitäts-Daten in der Steuerung 28 mit den gespeicherten Kalibrierdaten verglichen. Nachdem die Steuerung 28 die genaue Art des Sensors 34 identifiziert hat, wählt sie unter den in ihr abgelegten Kalibrierdaten einen geeigneten Kalibrierzyklus aus.
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In beiden Fällen steuert die Steuerung 28 die Ventile 52 sowie die Pumpe 56 dem spezifischen Kalibrierzyklus entsprechend an, wobei eine oder mehrere Kalibrierflüssigkeiten 64 aus den Kalibrierflüssigkeitsbehältern 48 dem Sensor 34 zugeführt werden. Durch die eindeutige Erkennung und Identifizierung des Sensors 34 ist sichergestellt, dass stets der richtige Kalibrierzyklus durchgeführt wird. Die Kalibrierflüssigkeiten 64 weisen jeweils bestimmte bekannte Eigenschaften auf, beispielsweise unterschiedliche pH-Werte, unterschiedliche bekannte Trübungen oder Ähnliches.
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Bei der hier gezeigten Ausführungsform enthält einer der Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 keine Kalibrierflüssigkeit 64 im eigentlichen Sinn, sondern eine Spül- oder Reinigungsflüssigkeit 66, beispielsweise Wasser. Diese Spül- oder Reinigungsflüssigkeit 66 kann zu Beginn und zu Ende, aber auch zwischen den einzelnen, mit unterschiedlichen Kalibrierflüssigkeiten 64 durchgeführten Kalibrierungsschritten zum Spülen des Sensors 34 und der Fluidleitungen 30, 36, 32 eingesetzt werden.
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Es ist auch möglich mit dem Kalibriersystem 10 lediglich eine Reinigung eines Sensormoduls 14 durchzuführen, und dabei auf eine Neukalibrierung zu verzichten.
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Im einfachsten Fall beginnt ein Kalibrierzyklus automatisch mit dem Aufstecken des Sensormoduls 14 auf die Schnittstelle 20. Mit Einstecken des Sensormoduls 14 kommuniziert die Steuerung 28 mit dem Sensormodul 14 und stellt die Art des im Sensormodul 14 enthaltenen Sensors 34 fest und führt dann selbsttätig den geeigneten Kalibrierzyklus durch.
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Alternativ lässt sich ein Kalibrierzyklus durch Betätigen eines Eingabeelements 68 am Außengehäuse 16 der Kalibriervorrichtung 12 einleiten, das z.B. als einfacher Taster realisiert ist. Mit einem Druck des Benutzers auf den Taster wird ein Eingabesignal erzeugt, das die Steuerung 28 veranlasst, den richtigen Kalibrierzyklus zu starten.
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Neben dem einfachen Betätigen des Eingabeelements 68 kann ein Kalibrierzyklus auch über einen angeschlossenen USB-CAN-Dongle erfolgen. Auf diese Weise kann über einen Computer mit einer entsprechenden Software der Kalibrierungsprozess mit einer größeren Anzahl von einstellbaren Parametern durchgeführt werden. Ist die Steuerung 28 über die Schnittstelle 62 mit anderen Geräten oder einem Netzwerk verbunden, so kann beispielsweise in einem komplexen Bussystem der Kalibrierungsprozess auch über ein anderes Gerät gesteuert werden. Genauso ist es möglich, auf einem anderen Gerät den genauen Ablauf des jeweiligen Kalibrierzyklus grafisch darzustellen.
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Die Kalibrierung kann als Einpunktkalibrierung oder als Mehrpunktkalibrierung, beispielsweise bis zu einer Vierpunktkalibrierung, ausgeführt werden. Dazu wird vorzugsweise für jeden Kalibrierpunkt, der einem Schritt des Durchspülens des Sensors 34 mit einer bestimmten Kalibrierflüssigkeit 64 im entsprechenden Kalibrierzyklus entspricht, eine gesonderte Kalibrierflüssigkeit 64 verwendet. Der jeweilige Messwert des Sensors 34 wird dem entsprechenden Wert der jeweiligen Kalibrierflüssigkeit 64 zugeschrieben und abgespeichert.
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Es ist auch möglich, eine Qualitätskontrolle durchzuführen, z.B. indem bei einer Zwei-Punkt-Kalibrierung ein dritter Kalibrierpunkt erfasst wird und überprüft wird, ob dieser dritte Kalibrierpunkt auf der durch die Zwei-Punkt-Kalibrierung definierten Gerade liegt. Erst wenn die Qualitätskontrolle erfolgreich ist, wird die neue Kalibrierung in den Festspeicher der Elektronik 45 der Sensoreinheit 14 geschrieben.
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Eine Anzeigevorrichtung 70, beispielsweise in Form einer mehrfarbigen LED, gibt dem Benutzer jeweils eine Information über den ablaufenden Kalibrierungsprozess. Die Anzeige 70 kann anstelle einer einzigen farbigen LED natürlich auch z.B. in Form eines Anzeigebildschirms zur Ausgabe von Text oder Ähnlichem ausgebildet sein.
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Es ist auch möglich, nur bei Bedarf einen Anzeigebildschirm über einen CAN-Bus anzuschließen und ansonsten Informationen nur über eine Status-LED auszugeben.
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Da die Pumpe 56 stromabwärts des Sensors 34 angeordnet ist, werden die Kalibrierflüssigkeiten 64 und die Spül- oder Reinigungsflüssigkeit 66 durch den Sensor 34 gesaugt. Auf diesem Weg wird vermieden, dass eventuelle in der Pumpe 56 entstehende Luftbläschen in den Sensor 34 gelangen.
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Die Vibrationen, die durch die Pumpe 56 erzeugt werden, können beispielsweise unterstützend zum Reinigen des Sensors 34 bzw. der Fluidleitung 36 des Sensormoduls 14 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck ist hier die Pumpe 56 an dem Teil des Außengehäuses 16 montiert, an dem auch die Schnittstelle 20, also in diesem Fall die Sensoranschlussplatte 18 sitzt. So übertragen sich die Vibrationen der Pumpe 56 auf das Sensormodul 14 und helfen, Verschmutzungen oder Gasblasen aus den Fluidleitungen 36 des Sensormoduls 14 auszutreiben.
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Dies ist besonders effektiv, wenn der Sensor 34 eine oder mehrere Glaskapillaren enthält, um Luftblasen aus der Glaskapillare zu lösen. Beispielsweise ist das vorteilhaft, wenn der Sensor 34 ein Trübungssensor ist, da Luftblasen in der Messkammer das Messergebnis bzw. Kalibrierergebnis verfälschen würden. Dies gilt im Prinzip für alle optischen Messverfahren.
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Zur Reinigung und/oder zur Vorbereitung des Sensormoduls 14 auf die Kalibrierung kann auch das Einbringen von Luft verwendet werden. Vor allem bei optischen Sensoren, bei denen eventuelle Gasblasen in der Messkammer das Messergebnis verfälschen würden, kann beispielsweise zunächst das Messsystem des Sensormoduls 14 vollständig mit Luft gefüllt werden und anschließend langsam mit der Spül- oder Reinigungsflüssigkeit 66 befüllt werden. Mit dieser Methode werden die restlichen Luftblasen aus dem Sensor 34 entfernt. Anschließend ist der Sensor 34 bereit für die Kalibrierung mit einer oder mehreren Kalibrierflüssigkeiten 64.
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Die Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 können jeweils in eine eigene Kalibrierflüssigkeitsaufnahme 46 eingesetzt sein, wie dies in den 2 bis 4 dargestellt ist.
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Die Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen 46 haben jeweils eine nicht näher dargestellte Fluidschnittstelle, über die eine Fluidverbindung zu den Zuströmkanälen 50 besteht. Diese Fluidschnittstellen sind so ausgebildet, dass die Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 einfach werkzeugfrei in die Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen 46 eingesteckt und aus diesen heraus gezogen werden können, um den Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 zu wechseln.
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In 4 ist eine Variante gezeigt, bei der die Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen 46‘ im Außengehäuse 16‘‚ der Kalibriervorrichtung 12‘ in ihrer Form codiert sind, sodass jeweils Kalibrierflüssigkeitsbehälter, die spezielle Kalibrierflüssigkeiten enthalten, nur in bestimmte Aufnahmen eingesetzt werden können, während jeweils eine Aufnahme für eine (größere) Flasche einer Spül- oder Reinigungsflüssigkeit bzw. eines Abfallsammelbehälters vorgesehen ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist in beiden gezeigten Varianten als Kalibrierflüssigkeitsaufnahme eine Aufnahmeschublade 72 vorgesehen, in die eine nicht näher dargestellte Kartusche 74 als Kalibrierflüssigkeitsbehälter eingelegt werden kann, die eine oder mehrere Kalibrierflüssigkeiten enthält. Die Kartusche 74 kann wiederbefüllbar ausgelegt sein, oder aber als Einmalartikel ausgebildet sein.
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Jeder der Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen 46, 46‘ ist hier eine Leseeinrichtung mit einem Erkennungssensor 76 zugeordnet (siehe 1), die die Identität eines eingesteckten Kalibrierflüssigkeitsbehälters 48 bzw. einer Kartusche 74 mit Kalibrierflüssigkeiten erfasst. Hierzu kann beispielsweise auf dem jeweiligen Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 oder auf der jeweiligen Kartusche 74 mit Kalibrierflüssigkeiten ein Barcode aufgedruckt sein, und die Leseeinrichtung ist ein Barcode-Leser. Die erfassten Daten werden an die Steuerung 28 gemeldet und in dieser ausgewertet. In einer anderen Ausführung ist die Leseeinrichtung ein EEPROM-Leser, und jeder eingesteckte Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 bzw. Kartusche 74 mit Kalibrierflüssigkeiten weist ein eigenes EEPROM auf, in dem die jeweiligen zur Identifizierung der enthaltenen Kalibrierflüssigkeiten wesentlichen Daten gespeichert sind. Dieses EEPROM wird durch die Leseeinrichtung ausgelesen, und die Daten werden an die Steuerung 28 gemeldet. Auf diese Weise kann ein Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 in jede beliebige passende Kalibrierflüssigkeitsaufnahme 46, 46‘ eingesetzt werden, da die Kalibriervorrichtung 12 eine eindeutige Zuordnung nach dem Einsetzen des Kalibrierflüssigkeitsbehälters 48 vornimmt.
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Die Steuerung 28 wertet die Daten aus, die von der Leseeinrichtung übertragen werden und überprüft, ob die derzeit in den Kalibrierflüssigkeitsaufnahmen 46 enthaltenen Kalibrierflüssigkeitsbehälter 48 mit den darin enthaltenen Kalibrierflüssigkeiten zu dem für das an der Schnittstelle 20 angekoppelte Sensormodul 14 und den darin enthaltenen Sensor 34 ausgewählten Kalibrierzyklus passen. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt eine Fehlermeldung, beispielsweise über die Anzeige 70 in Form eines roten Lichts.
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An der Schnittstelle 20 ist in diesem Beispiel ein Befestigungselement 78 vorgesehen, das das Sensormodul 14 im gekoppelten Zustand sicher an der Kalibriervorrichtung 12 hält. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem Befestigungselement 78 um einen mechanischen, einrastenden Hebel.
