DE102017003478B3 - Magnetic stirrer with sensor - Google Patents
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Abstract
Bei Rührern mit Rührantrieb und Rührwerkzeug (Rührkörper) hat der Rührkörper den innigsten Kontakt mit dem zu rührenden Medium und ist daher als Ort für einen Sensor zur Erfassung eines Parameters des zu rührenden Mediums prädestiniert, wofür allerdings die Sensordaten vom rotierenden Rührkörper auf die stationäre Seite zu übertragen sind. Einige sehr interessante Sensoren und Sensortechniken (resonante Sensoren, SAW, usw.) können, zusammen mit der zugehörigen Elektronik, auf dem Stand der Technik so miniaturisiert werden, dass sie in den Rührkörper integriert werden können. Oftmals arbeiten die Sensoren aber mit sehr hohen Signalfrequenzen, die im Luftraum sogar zur drahtlosen Übertragung von Sensordaten geeignet wären. Das funktioniert aber nicht im Inneren einer Flüssigkeit oder bei Anwesenheit metallisch leitender Materialien. Die Übertragung von Energie und Daten zur Versorgung der Sensoren mit Elektronik, die Nutzung hoher Frequenzen in Sensorfunktionen (z.B. bei SAW-Sensoren) und die Bereitstellung der Datenübertragung vom Rührkörper nach außen erfordern unterschiedliche technische Maßnahmen.Unter Nutzung einer Pulsweitenmodulation wird die Energie- und Datenübertragung zum Rührkörper hin niederfrequent sichergestellt; unter Nutzung der digitalen Schwebung werden Sensordaten niederfrequent bereitgestellt und so vom Rührkörper nach außen übertragen; die Sensorfunktion kann mit beliebig hoher Frequenz arbeiten, weil diese auf dem Rührkörper beschränkt erzeugt und genutzt werden.Der Einsatz von mit hochfrequenten Signalen arbeitenden Sensoren (z.B. SAW-Sensoren) ist auch in einem flüssigen Medium oder in metallischer Umgebung möglich.In stirrers with stirrer and stirring (stirring) of the stirring body has the closest contact with the medium to be stirred and is therefore predestined as a location for a sensor for detecting a parameter of the medium to be stirred, for which, however, the sensor data from the rotating stirring body on the stationary side are transferred. Some very interesting sensors and sensor techniques (resonant sensors, SAW, etc.), along with the associated electronics, can be miniaturized in the prior art so that they can be integrated into the stirring body. However, the sensors often work with very high signal frequencies, which would even be suitable for the wireless transmission of sensor data in the airspace. But this does not work inside a liquid or in the presence of metallically conductive materials. The transmission of energy and data to supply the sensors with electronics, the use of high frequencies in sensor functions (eg SAW sensors) and the provision of data transmission from the stirring body to the outside require different technical measures. Under the use of a pulse width modulation, the energy and data transmission ensured low frequency to the agitator; using digital beating, sensor data are provided at low frequency and thus transmitted to the outside from the stirring body; the sensor function can operate at any desired high frequency because it is generated and used in a restricted manner on the stirring body. The use of sensors operating with high-frequency signals (for example SAW sensors) is also possible in a liquid medium or in a metallic environment.
Description
Die Erfindung betrifft Magnetrührer mit einem (wesentliche Gerätefunktionen kapselnden) Gehäuse (im Folgenden als Gerätebasis bzw. Basisgerät bezeichnet), das nach oben zur Anwendungsebene des Magnetrührers hin eine evtl. beheizbare Aufstellplatte aufweist und in dem Mittel zum Erzeugen eines drehveränderlichen, magnetischen Feldes als Antrieb für einen Rührkörper vorhanden sind, der in das Medium im auf der Aufstellplatte aufgestellten Gefäß eingelegt wird und, über das drehveränderliche magnetische Feld angetrieben, das Medium rührt. Im Gerät sind zudem Mittel zum Regeln und/oder Steuern und/oder zum Überwachen von internen oder von (auch anwendungsbezogenen) externen physikalischen und/oder chemischen Parametern vorhanden. Parameter von internen und externen Sensoren werden über geeignete Schnittstellen bereitgestellt. Zur Erfassung von physikalischen Parametern kann das Gerät neben Sensoren auch eine Elektronik aufweisen, die hier als Steuereinheit bezeichnet und als eine solche genutzt wird.The invention relates to magnetic stirrer with a (essential device functions encapsulating) housing (hereinafter referred to as the device base or base unit), which up to the application level of the magnetic stirrer has a possibly heated Aufstellplatte and in the means for generating a variable-rotational magnetic field as a drive are present for a stirring body, which is inserted into the medium in the container set up on the mounting plate and, driven by the variable-magnetic field, the medium is stirred. The device also has means for controlling and / or controlling and / or monitoring internal or external (also application-related) physical and / or chemical parameters. Parameters of internal and external sensors are provided via suitable interfaces. For the detection of physical parameters, the device can also have electronics in addition to sensors, which is referred to here as a control unit and used as such.
Stand der Technik 1: MagnetrührerPrior Art 1: Magnetic stirrer
Derartige Magnetrührer sind in vielfältiger Form und Ausgestaltung bekannt, mit einzeln und/oder mehrfach vorhandenen Gefäß-Aufstellpositionen oder Gefäßpositionen für das oder die Rührmedien, mit einer (beheizbaren oder nicht beheizbaren) Aufstellplatte. Diese Geräte haben oftmals Zusätze oder spezielle Zusatzfunktionen, wie z.B. spezielle Schnittstellen, beheizbare Aufstellplatten, Wiegevorrichtungen, Temperaturmessvorrichtungen, usw. Zur Erhöhung der Standfestigkeit ist eine möglichst flache Bauform des Geräts von Vorteil. Grundsätzliche Konstruktionsmerkmale von Rührern sind eine Antriebseinheit und ein i.a. austauschbares Rührwerkzeug und die gleiche Handhabungsweise (Rührwerkzeug wählen, dieses mit Antriebseinheit verbinden, Rührwerkzeug in das Medium tauchen, rühren). Mit der Patentliteratur ist zu belegen, dass Neuerungen beide Elemente (Antrieb und Rührwerkzeug) gemeinsam und getrennt betreffen können (z.B. DT1557230C3 (1967)) „Rührteil für ein Magnetrührer“). Bei Sensoren sind Transponderkonstruktionen und bei diesen speziell die Nutzung von SAWs bei Luftraumübertragungen allgemeiner Kenntnis- und Anwendungsstand (z.B.
Der Einsatz eines SAW-Sensors ist auf dem Stand der Technik bekannt: Ein auf einem Substrat (z.B. Piezomaterial) eingangsseitig liegender Interdigitalwandler (IDW) wandelt ein elektrisches Signal in eine akustische Oberflächenwelle um, die über das Substrat läuft und am Ende einer Signalstrecke von einem ausgangsseitig liegenden zweiten Interdigitalwandler zurück in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Die dazu notwendigen Materialien und Techniken sind bekannt; derartige Sensoren sind frei käuflich vorhanden. Damit die Bauformen dieser Sensoren einigermaßen klein gehalten werden können, müssen die zu verwendenden Frequenzen sehr groß sein (i.a. oberhalb von 10 MHz bis weit in den GHz-Bereich hinein).The use of a SAW sensor is known in the prior art: an input (eg piezoelectric material) on the input side lying interdigital transducer (IDW) converts an electrical signal into a surface acoustic wave that passes over the substrate and at the end of a signal path of a output side lying second interdigital transducer is converted back into an electrical signal. The necessary materials and techniques are known; Such sensors are freely available. In order to keep the designs of these sensors reasonably small, the frequencies to be used must be very large (in general above 10 MHz, far into the GHz range).
Die Arbeitsweise eines Magnetrührers ist dadurch charakterisiert, dass im Inneren der Gerätebasis Spulen oder (von einem primären Antrieb getrieben) rotierende Antriebsmagnete ein drehveränderliches, magnetisches Feld erzeugen. Das drehveränderliche Magnetfeld ist über eine magnetische Kraftankopplung der Antrieb für einen Rührkörper (ein Rührmagnet, Rührfisch, z.B. ein einfacher Rührstab), der in das Medium im aufgestellten Gefäß eingelegt wird und der so in rotierende Bewegung versetzt wird und dadurch das Medium rührt, wobei dem Medium zusätzlich über eine Heizvorrichtung, z.B. durch eine beheizbare Aufstellplatte, Wärmeenergie zugeführt werden kann.The operation of a magnetic stirrer is characterized in that inside the device base coils or (driven by a primary drive) rotating drive magnets generate a variable-rotating magnetic field. The rotationally variable magnetic field is via a magnetic force coupling the drive for a stirring body (a stirring magnet, stirring, eg a simple stirring rod), which is inserted into the medium in the erected vessel and is thus placed in rotating motion and thereby the medium is stirred, the Medium additionally via a heater, eg can be supplied by a heated mounting plate, heat energy.
Da zwischen dem Antriebsmagneten (oder den Spulen) baubedingt ein gewisser Abstand besteht, ist die Kraft zum Antrieb des Rührkörpers begrenzt, so dass nur niedrigvisköse Medien gerührt werden können.Since there is a certain distance between the drive magnet (or the coils) due to the construction, the force for driving the stirring body is limited, so that only low-viscosity media can be stirred.
Der Rührkörper kann selbst Sensoren oder sensorische Elemente und Elektronik zur Bestimmung physikalischer, chemischer, biologischer und/oder anderer Parameter (hier besonders im (i.a. flüssigen) Medium) und /oder zusätzlich Spulen und Antennen zum Empfang und/oder zum Bereitstellen von Energie und/oder zur Übertragung von Daten aufweisen und/oder zusätzlich Mittel zur Speicherung von Energie aufweisen und /oder zusätzlich elektronische Schaltungen aufweisen. Dies eröffnet neue Nutzungsbereiche für den Magnetrührer.The stirring body itself may be sensors or sensory elements and electronics for determining physical, chemical, biological and / or other parameters (here especially in the (generally liquid) medium) and / or additionally coils and antennas for receiving and / or providing energy and / or or for the transmission of data and / or additionally have means for storing energy and / or additionally having electronic circuits. This opens up new areas of use for the magnetic stirrer.
Wenn aber ein Sensor mit einem drehenden (Rühr-)Teil verbunden ist, müssen Daten auf die stationäre Seite des Rührers (d.h. auf die Nutzerseite) übertragen werden. Dazu sind kontakt-(z.B. Schleifringe) bzw. drahtgebundene, sowie drahtlos arbeitende Verfahren bekannt, z.B. Funkschnittstellen, zu denen u.a. auch Transponderkonstruktionen gehören.However, when a sensor is connected to a rotating (stirring) part, data must be transferred to the stationary side of the stirrer (i.e., the user side). For this purpose, contact (e.g., slip rings) or wired and wireless methods are known, e.g. Radio interfaces, which include u.a. also transponder constructions belong.
Aus der
Neuerungen auf dem Gebiet der Magnetrührer können unabhängig voneinander grundsätzlich die beiden immer vorhandenen Hauptkomponenten Rührantrieb (Teil des immer vorhandenen Basisgerätes) und Rührwerkzeug, das hier in Form des Rührkörpers vorliegt, gemeinsam und/oder getrennt betreffen (z.B. DT1557230C3 „Rührteil für ein Magnetrührer“), aber auch bestimmte Funktionalitäten oder spezifische Anwendungen eines Magnetrührers. Innovations in the field of magnetic stirrers can, independently of one another, principally relate jointly and / or separately to the two always present main components stirrer drive (part of the ever-present base unit) and stirrer, which here is in the form of the stirrer body (eg DT1557230C3 "stirrer for a magnetic stirrer") , but also certain functionalities or specific applications of a magnetic stirrer.
Um für Anwendungen solcher Magnetrührer also zusätzliche Funktionalitäten bereitstellen zu können, werden zusätzliche technische Komponenten benötigt, die oft nur eine vom Magnetrührer unabhängige Bereitstellung von Funktionszusätzen darstellen (wenn und weil der Funktionszusatz ja auch unabhängig von einem Magnetrührer benutzt und auch ohne Magnetrührer eingesetzt werden kann, z.B. ein PH-Meter, solange die Komponenten der zusätzlichen Funktionalität nicht mit dem Magnetrührer-Basisgerät verbunden werden muss). Die Nutzung eines zusätzlichen Geräts stellt für den Nutzer eines Magnetrührers i.a. aber auch immer einen zusätzlichen Handhabungsaufwand dar.In order to be able to provide additional functionalities for applications of such magnetic stirrers, additional technical components are often required, which are often only a provision of functional additives independent of the magnetic stirrer (if and because the functional additive can also be used independently of a magnetic stirrer and can also be used without a magnetic stirrer, eg a PH meter, as long as the components of the additional functionality need not be connected to the magnetic stirrer base unit). The use of an additional device provides the user of a magnetic stirrer i.a. but always an additional handling effort.
Als Folge daraus sind Zusätze oftmals als steckbare oder aufsetzbare Zusätze vorzufinden. Aus der
Eine Heizvorrichtung (29) (vgl.
Eine zusätzliche Funktionalität kann auch z.B. durch die Gestaltung des Rührkörpers (z.B. dreieckige oder runde Formen) bereitgestellt werden.Additional functionality may also be provided e.g. by the design of the stirring body (e.g., triangular or round shapes).
Zur Regelung einer Temperatur müssen im Gerät zusätzliche Mittel zur Einflussnahme auf die Energiezufuhr für die Heizvorrichtung vorgesehen sein. Diese i.a. elektronischen Mittel sollen hier insgesamt als „elektronische Steuerung“ bezeichnet werden.To control a temperature, additional means for influencing the energy supply to the heating device must be provided in the device. This i.a. Electronic means should be referred to collectively as "electronic control".
Eine „Regelung“ erfolgt hier im Sinne der Prozessabfolge „Beobachten eines Istwertes, das Feststellen von Abweichungen von einem Sollwert und Einflussnahme auf eine Stellgröße, um den Istwert in Richtung des Sollwertes zu ändern“. Als Stellgröße steht hier insbesondere eine PWM-Steuerung als Teil eines Regelungsverfahren im Focus der Betrachtungen. Die für eine Regelung selbst verwendeten Verfahren sind i.a. analog und/oder digital arbeitende Regelverfahren.A "control" takes place here in the sense of the process sequence "observation of an actual value, the detection of deviations from a setpoint and influence on a manipulated variable in order to change the actual value in the direction of the setpoint". As a manipulated variable is here in particular a PWM control as part of a regulatory procedure in the focus of the considerations. The methods used for a control itself are i.a. analog and / or digitally operating control method.
Es kann sinnvoll sein, lediglich die Temperatur des Rührmediums zu überwachen, um eine Temperatur genau einstellen und/oder regeln zu können. Die einzustellende Temperatur muss nicht unbedingt an einem definierten Punkt gemessen werden, sondern kann gleichwertig an jedem Punkt des Wärmetransportwegs, vom Heizelement über die Aufstellplatte, über das Material des Aufstellgefäßes, im Medium oder auch außerhalb gemessen werden, sofern die Transportvorgänge als stabil angegeben werden können.It may be useful to monitor only the temperature of the stirring medium in order to set and / or regulate a temperature exactly. The temperature to be set does not necessarily have to be measured at a defined point, but can be measured equivalently at any point on the heat transport path, from the heating element via the mounting plate, via the material of the Aufstellgefäßes, in the medium or outside, provided that the transport operations can be specified as stable ,
Sensoren sind auf dem Stand der Technik in großer Zahl vorhanden, nutzen zur Erfassung von physikalischen, chemischen, biologischen oder anderen Größen diverse Technologien und können auf dem Stand der Technik - zusammen mit notwendigen elektronischen Schaltungen - so weit miniaturisiert werden, dass Sensoranordnungen u.U. auch direkt in einen Rührkörper eingebaut werden können.Sensors are present in large numbers in the state of the art, use various technologies for detecting physical, chemical, biological or other variables and can be miniaturized in the state of the art, together with necessary electronic circuits, to such an extent that sensor arrangements and the like may be used. can also be installed directly in a stirring body.
Da sich der Rührkörper im Medium befindet, also dort, wo die unmittelbar stärkste Durchmischung durch das Rühren erfolgt und der Rührkörper mit dem Medium in einem direkten Kontakt steht, bzw. die Vermischung sehr wirksam ist, weil für das im Gefäß vorliegende Medium die Mischbewegung dort ihren Ursprung hat, kann ein geeigneter Sensor, der unmittelbar an diesem Rührkörper angebracht ist, sehr schnell (einen sich evtl. gerade ändernden) und effektiv (weil unmittelbar am Ort des am stärksten wirksamen Mischvorgangs) einen physikalischen Parameter erfassen.Since the stirring body is in the medium, that is, where the immediately strongest mixing takes place by the stirring and the stirring body is in direct contact with the medium, or the mixing is very effective, because for the medium present in the vessel, the mixing movement there has its origin, a suitable sensor attached directly to this agitator can detect a physical parameter very rapidly (possibly just changing) and effectively (because it is directly at the site of the most efficient mixing action).
Die elektronische Steuerung kann i.a. auch weitergehend zum Regeln und/oder Steuern und/oder Überwachen anderer Parameter genutzt werden oder kann an andere Aufgaben angepasst werden und/oder kann andere, anwendungsbezogen unterschiedliche, externe und/oder interne physikalische und/oder chemische Parameter, z.B. im Medium im aufgestellten Gefäß verarbeiten oder überwachen.The electronic control can i.a. may also be further used to control and / or control and / or monitor other parameters or may be adapted to other tasks and / or may include other application-related, external and / or internal physical and / or chemical parameters, e.g. process or monitor in the medium in the container.
Um regeln und/oder steuern und/oder überwachen zu können, sind im jeweiligen Regelungskonzept entsprechende Sensoren vorzusehen, die evtl. auch außerhalb des Gehäuses, z.B. im Gefäß mit dem Medium, positioniert sein können. Um der elektronischen Steuerung die notwendigen Parameter zum Regeln und/oder Steuern und/oder zum Überwachen zugänglich zu machen, müssen Mittel für drahtgebundene oder drahtlose Datenübertragung und/oder Energieübertragung, auch über die Grenzen des Gehäuses der Gerätebasis hinweg, vorhanden sein.In order to be able to regulate and / or control and / or monitor, appropriate sensors must be provided in the respective control concept, which may possibly also be positioned outside the housing, eg in the vessel with the medium. In order to make the necessary parameters for controlling and / or controlling and / or monitoring accessible to the electronic control, means for wired or wireless data transmission and / or energy transmission, also via the Limits of the housing of the device base away, be present.
Die hier beschriebene Erfindung ist bei allen bei Magnetrührern bekannten Antriebsformen einsetzbar, muss aber u.U. im Kontext der jeweiligen Antriebsform modifiziert werden.The invention described here can be used in all known with magnetic stirrers drive forms, but may u.U. be modified in the context of the respective drive form.
Stand der Technik 2: MagnetrührerantriebPrior art 2: Magnetic stirrer drive
Als Mittel zum Erzeugen von drehveränderlichen, möglichst starken magnetischen Feldern, die den Rührkörper im Medium antreiben sollen, sind im Stand der Technik (
- - unter der Aufstellplatte angeordnete, elektrisch versorgte und elektronisch gesteuerte Spulen als reiner Magnetspulenantrieb (
- - von einem Motor als Primärantrieb rotierend angetriebene (i.W. länglich orientierte) Antriebsmagnete (
- ○ in Längsrichtung magnetisiert sind,
- ○ deren Rotationsachse
- ■ senkrecht auf dieser Magnetisierungsrichtung steht und
- ■ parallel zur Rotationsachse des Rührkörpers liegt (i.W. mit dieser sogar übereinstimmt),
- ○ deren Rotationsebene
- ■ parallel zur Rotationsebene des Rührkörpers liegt,
- ■ die i.W. parallel zur Aufstellfläche liegt,
- - von einem Primärantrieb angetrieben rotierende (mehrere, hier vier) Antriebsmagnete (
- ○ in Querrichtung magnetisiert sind,
- ○ deren Rotationsachsen
- ■ senkrecht auf der Magnetisierungsrichtung stehen und
- ■ senkrecht zur Rotationsachse des Rührkörpers stehen,
- ○ deren Rotationsebenen
- ■ senkrecht zur Rotationsebene des Rührkörpers liegen.
- - Under the mounting plate arranged, electrically powered and electronically controlled coils as a pure magnetic coil drive (
- - Driven by a motor as a prime mover driven (iW longitudinally oriented) drive magnets (
- ○ are magnetized in the longitudinal direction,
- ○ whose rotation axis
- ■ is perpendicular to this magnetization direction and
- ■ is parallel to the axis of rotation of the agitator (iW even coincides with it),
- ○ its rotation plane
- Is parallel to the plane of rotation of the stirring body,
- ■ the iW is parallel to the footprint,
- - Driven by a primary drive rotating (several, here four) drive magnets (
- ○ are magnetized in the transverse direction,
- ○ their rotation axes
- ■ are perpendicular to the magnetization direction and
- ■ are perpendicular to the axis of rotation of the stirring body,
- ○ their rotation planes
- ■ lie perpendicular to the plane of rotation of the stirring body.
Bei reinen Spulenantrieben (
Bei den „sonst üblichen Magnetrührern“ (vgl. Abb.lb u.
Eine Parametererfassung für eine Regelung (z.B. die Temperaturmessung für eine Temperaturregelung), kann also auch direkt im Medium selbst erfolgen und z.B. als Teil oder Aufgabe des Rührkörpers vorgesehen sein, benötigt dazu aber eine Übertragung von Energie und/oder Daten zwischen dem Basisgerät und dem Rührkörper.A parameter acquisition for a control (for example, the temperature measurement for a temperature control) can therefore also be carried out directly in the medium itself and e.g. be provided as part of or task of the stirring body, but this requires a transfer of energy and / or data between the base unit and the stirring body.
Zur letzten Art der zur
Anordnungen gemäß dieser
Da bei den motorengetriebenen „sonst üblichen Magnetrührern“ (vgl. Abb.lb) die rotierende Bewegung des einen Antriebsmagneten (7) in einer Ebene parallel zur Arbeitsplatte und damit auch parallel zur Aufstellplatte (29) erfolgt, wofür die Bewegungsfreiheit des Antriebsmagneten (7) in der ganzen Ebene (mit mindestens der Dicke des Antriebsmagneten (7) und bis zum Radius des Antriebsmagneten) sichergestellt sein muss, bleiben bei dieser Antriebsanordnung (Abb.lc) Teile der von den Rotationsachsen (15) (16) (18) (19) gebildeten Quadranten frei. (s. z.B.
Die Ebene, in der sich bei den „sonst üblichen Magnetrührern“ der Antriebsmagnet bewegt, muss hier nicht als Durchgangsraum für die Rotationsbewegung des einen Antriebsmagneten (7) freigehalten werden und kann - zumindest teilweise - für neue Funktionalitäten des Magnetrührers genutzt werden.The plane in which the drive magnet moves in the case of the "usual magnetic stirrers" does not have to be kept free as a passage space for the rotational movement of one drive magnet (7) and can be used - at least partially - for new functionalities of the magnetic stirrer.
Wie schon ausgeführt, kann die hier beschriebene Erfindung bei allen der oben angeführten Antriebsformen gemäß
Die Rotationsbewegungen (30b) (31b) (32b) (33b) um die Rotationsachsen (30a) (31a) (32a) (33a) sind gleichsinnig in dem Sinne, dass beim Blick entlang der Rotationsachsen von außen nach innen zur senkrecht auf der Darstellung stehenden Rotationsachse (35) des Rührkörpers die Drehrichtungen jeweils gleich sind (in
Bei dieser Antriebsart eines Magnetrührers, mit freibleibenden Flächen über den von den Antriebsmagneten gebildeten Quadranten, bestehen weitergehende Möglichkeiten zur Implementierung von zusätzlichen Funktionen, insbesondere für eine Nutzung von Sensoren, aber auch für den Einbau geeigneter Signalgeber (für elektromagnetische Felder, Schall, Ultraschall, Licht, Impulsanreger, usw.), die im Folgenden unter „Aktoren“ subsummiert werden sollen.In this type of drive of a magnetic stirrer, with remaining surfaces over the quadrants formed by the drive magnets, there are further possibilities for implementing additional functions, in particular for use of sensors, but also for the installation of suitable signal transmitters (for electromagnetic fields, sound, ultrasound, light , Impulse exciters, etc.), which are to be subsumed below under "Actuators".
Die Antriebsmagnete (51) (52) (56) (57) der
Als Beispiel ist im freien Bereich eines der Quadranten ein Widerstands-Heizelement (70) angedeutet (das in allen Quadranten gleich, unmittelbar unter der Aufstellplatte (73) liegend, auszulegen wäre).As an example, in the free area of one of the quadrants a resistance heating element (70) is indicated (the same in all quadrants, immediately lying under the mounting plate (73) would be interpreted).
Als weiteres Beispiel für die Nutzung der Freiraumbereiche der Quadranten ist eine Spule (77) (z.B. eine Ringkernspule) angedeutet, die in die Aufstellplatte (73) nach oben schlüssig bis zur Aufstellfläche eingebaut werden kann. Diese Spule (77) kann für unterschiedliche Zwecke verwendet werden, z.B. für eine Induktionsheizung, oder für eine induktive Kopplung an ein Sensorelement im Inneren eines aufgestellten Gefäßes, oder als Sensor zur Detektion der Rührkörperlage, usw.As a further example of the use of the free spaces of the quadrants, a coil (77) (e.g., a toroidal coil) is indicated which can be installed in the mounting plate (73) up to the footprint. This coil (77) can be used for different purposes, e.g. for an induction heating, or for an inductive coupling to a sensor element in the interior of an erected vessel, or as a sensor for detecting the Rührkörperlage, etc.
Eine „andere Funktionalität“ wird mit einem Element (78) abstrakt angedeutet. Das kann z.B. ein Kraftaufnehmer für eine Gewichtsbestimmung sein oder ein Mikrophon als Sensor zur Aufnahme von Schall oder Ultraschall oder ein Lichtsensor zum Erfassen von Licht, usw.An "other functionality" is indicated abstractly by an element (78). This can e.g. be a force transducer for weight determination or a microphone as a sensor for receiving sound or ultrasound or a light sensor for detecting light, etc.
Drei oder vier gleichartige Kraftaufnehmer (78), in den freien Quadrantenflächen positioniert, können sehr genau das aufgestellte Gewicht erfassen, ohne das Gewicht der Gerätebasis als Offset (auflösungsreduzierend bei der Gewichtsbestimmung) mitschleppen zu müssen. Schall oder Ultraschall kann z.B. zur Füllstands- und/oder Gewichtsbestimmung oder für andere sensorische Aufgaben genutzt werden; Licht (verschiedener Wellenlängen) kann für Fluoreszenzmessungen oder für andere, u.a. auch spektralauflösende optische Messungen eingesetzt werden, usw.Three or four similar force transducers (78), positioned in the free quadrant surfaces, can very accurately detect the deployed weight without having to drag the weight of the device base as an offset (resolution-reducing in the weight determination). Sound or ultrasound may e.g. used for filling level and / or weight determination or for other sensory tasks; Light (of different wavelengths) may be used for fluorescence measurements or for others, i.a. also spectral resolution optical measurements are used, etc.
Licht oder Schall kann in einem ersten Quadranten appliziert und in einem anderen - z.B. gegenüberliegenden - zweiten Quadranten sensorisch erfasst werden. Dies erlaubt diverse neue, auch laufzeitbestimmende Applikationen und Messungen im Medium eines auf der Aufstellplatte des Magnetrührers stehenden Aufstellgefäßes. Licht einer bestimmten Wellenlänge kann durch die Wahl z.B. austauschbarer optischer Filter gezielt eingesetzt werden. Eine optische Schnittstelle am Magnetrührer kann Licht für spektrale Messungen zu- oder abführen. Bestimmte Anwendungen können durch geeignete Anschlussstellen vorbereitend bereitgestellt werden.Light or sound may be applied in a first quadrant and in another - e.g. opposite - second quadrants are sensory detected. This allows various new, also term-determining applications and measurements in the medium of standing on the mounting plate of the magnetic stirrer Aufstellgefäßes. Light of a certain wavelength can be selected by choosing e.g. replaceable optical filter can be used selectively. An optical interface on the magnetic stirrer can supply or remove light for spectral measurements. Certain applications may be preliminarily provided by suitable connection points.
Eine Trägerplatte (74), (z.B. eine Platine, auf der auch die gesamte elektronische Steuerung liegen kann) kann alle relevanten elektronischen und mechanischen Komponenten tragen. Ein Motor (Scheibenläufer, Pancakemotor, o.ä.) kann zwischen der Trägerplatte (74) und einer Bodenplatte (75) angeordnet sein.A backing plate (74), (e.g., a board on which the entire electronic control can also rest) can support all relevant electronic and mechanical components. A motor (pancake, pancake motor, or the like) may be disposed between the support plate (74) and a bottom plate (75).
Die obenliegende Aufstellplatte (73) kann (zusammen mit vorgesehenen Aktuatoren und/oder Sensorelementen oder mit Durchbrüchen für Aktuatoren oder Sensoren, die auf der Platine (74) liegen, versehen) auswechselbar aufsteckbar gestaltet sein. So sind Magnetrührer mit identischer Antriebsgestaltung und mit kompletter, evtl. nachprogrammierbarer Elektronik (FPGA, Mikrokontroller, usw.) mit einer fast beliebigen Funktionalität nachrüstbar, wobei als ein hier wesentliches, erfindungsgemäßes Element die Anwendung kostengünstig zu realisierender PWM-gesteuerter Regelkreise zu sehen ist.The overhead mounting plate (73) can be made interchangeable attachable (together with provided actuators and / or sensor elements or with openings for actuators or sensors that are on the board (74)). Thus, magnetic stirrers with identical drive design and complete, possibly nachprogrammierbarer electronics (FPGA, microcontroller, etc.) can be retrofitted with almost any functionality, which is to be seen as an essential, inventive element, the application cost-effective to be implemented PWM-controlled control loops.
Spulen (77) stellen generelle interessante Anwendungsmöglichkeiten bereit. Selbst größere Spulen können hier im freien Bereich der Quadranten problemlos und direkt unter der Aufstelloberfläche positioniert werden. Bei Antrieben gemäß
Um die unten genauer beschriebenen Funktionszusätze mit einer bei allen Antriebsformen bei allen Geräten gleichermaßen möglichen PWM-Steuerung verbinden und darstellen zu können, sollen im Folgenden die Eigenschaften eines PWM-Signals genauer dargestellt werden:In order to be able to connect and display the functional additions described in more detail below with a PWM control that is equally possible for all drive types in all devices, the following describes the characteristics of a PWM signal in more detail:
Grundlagen: PWM (Pulsweitenmodulation)Basics: PWM (Pulse Width Modulation)
Auf Grund einer sonst erheblichen unerwünschten Wärmeentwicklung werden bei modernen Regelungen oftmals Schalt-Reglungen (Zweipunktregler) eingesetzt, die Leistung (Spannung, Strom, usw. im Folgenden nur Leistung) nur ganz oder gar nicht weiterschalten. Da bei einer so aufgeschalteten Leistung, d.h. bei geschlossenem Schalter, zwar ein u.U. sehr hoher Strom fließt, aber über dem geschlossenen Schalter praktisch keine Spannung liegt, bleibt die vom Schalter produzierte Wärmemenge klein. Bei nicht aufgeschalteter Leistung liegt über dem (dann offenen) Schalter zwar eine u.U. sehr hohe Spannung, da aber kein Strom fließt, ist die vom Schalter produzierte Wärmemenge wiederum nur sehr klein. Nur im Übergang, während ablaufender Umschaltvorgänge, solange weder der Strom noch die Spannung über dem Schalter Null sind, können Verluste auftreten, die sich bei relativ hohen Frequenzen in relevantem Umfang in Wärme umsetzen. Die tatsächliche an den jeweiligen Verbraucher abgegebene Leistung wird nur vom leicht einstellbaren Verhältnis von Pulsdauer zur Pulspause bestimmt, ein Vorgang, der als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet wird. Als Schalter werden elektronische Schalter (z.B. FET, MOSFET, IGBT, usw.) eingesetzt.Due to an otherwise significant undesirable heat development switching controls (two-step controller) are often used in modern regulations, the performance (voltage, current, etc. in the following only power) only completely or not switch further. Since with such a switched-on power, ie with the switch closed, although a very high current flows, but there is practically no voltage across the closed switch, the amount of heat produced by the switch remains small. If the power is not switched on, there may be a very high voltage across the (then open) switch, but since no current flows, the amount of heat produced by the switch is again only very small. Only in the transition, during ongoing switching operations, as long as neither the current nor the voltage across the switch are zero, losses can occur which translate to a significant extent at relatively high frequencies in heat. The actual power delivered to the respective consumer is only determined by the easily adjustable ratio of pulse duration to pulse pause Process called Pulse Width Modulation (PWM). The switches used are electronic switches (eg FET, MOSFET, IGBT, etc.).
Unter „PWM-Verhältnis“ wird hier das Verhältnis von TPuls (%) zu TPeriode (3%) verstanden und als Quotientwert TPuls/TPeriode (im Bereich von 0,0 bis 1,0) oder als Prozentwert TPuls/TPeriode* 100 (0%-100%) angegeben. Ohne dass dadurch Missverständnisse entstehen können, wird in diesem Sinne „PWM“ auch direkt als Variable für dieses Verhältnis genutzt. PWM=50% oder PWM=0,5 steht in diesem Sinne eineindeutig für ein PWM-Verhältnis und für einen PWM-Variablenwert von 0,5.By "PWM ratio" is the ratio of pulse T (%) T to period (3%) is understood here and as the quotient value T pulse / T period (in the range from 0.0 to 1.0) or as a percentage of T pulse / T period * 100 (0% -100%). Without this causing misunderstandings, in this sense "PWM" is also used directly as a variable for this relationship. PWM = 50% or PWM = 0.5 is unambiguous in this sense for a PWM ratio and for a PWM variable value of 0.5.
Eine PWM-Einstellung für eine Regelung kann
- - bei fester Frequenz
- ○ durch Variation der Pulsdauer (mit daraus sich ergebender Pulspause) oder
- ○ durch Variation der Pulspause (mit daraus sich ergebender Pulsdauer)
- - bei variabler Frequenz
- ○ durch Variation der Pulsdauer (bei fester Pulspause) und/oder
- ○ durch Variation der Pulspause (bei fester Pulsdauer) und/oder
- ○ durch Variation sowohl der Pulsdauer als auch der Pulspause
- - wobei der letzte Fall auch als Frequenzmodulation ausgelegt werden kann.
- - at fixed frequency
- ○ by varying the pulse duration (with resulting pulse pause) or
- ○ by varying the pulse pause (with resulting pulse duration)
- - at variable frequency
- ○ by varying the pulse duration (with fixed pulse pause) and / or
- ○ by varying the pulse pause (with fixed pulse duration) and / or
- ○ by varying both the pulse duration and the pulse pause
- - The last case can also be interpreted as frequency modulation.
Die Höhe der Amplituden und die Phasenlage der jeweiligen Frequenzkomponente variieren jeweils von der PWM-Einstellung abhängig: Der Verlauf der ersten Kurve (90) stellt z.B. die Amplitude der Grundfrequenzkomponente mit der Frequenz f0 im PWM-Signal dar, wenn ein bestimmtes PWM-Verhältnis gegeben ist (auf der Abszisse von 0 bis 1 abgetragen; PWM=0 und PWM=1 werden allerdings nicht vorkommen, weil eine Impulsdauer = 0 bzw. eine Impulspause = 0 für reale PWM-Anwendungen sinnlos sein dürfte). Mit dieser Kurve (90) vergleichbar zu interpretieren, zeigt
Bei einem PWM-Verhältnis von 0,5 sind in einem gegebenen PWM-Signal die Frequenzkomponenten f0 (Grundfrequenz) und f2=3*f0 mit einer maximal möglichen Amplitude vorhanden, während f1=2*f0 fehlt. Rechts und links, noch relativ dicht bei PWM=0,5 liegend, verringern sich die Amplituden von f0 und f2, zunächst nur geringfügig. Zusätzlich kommt bei einer PWM-Einstellung dicht neben 0,5 noch die Frequenz f1=2*f0 hinzu; nach rechts und links von PWM=0,5 aus schnell ansteigend.With a PWM ratio of 0.5, the frequency components f 0 (fundamental frequency) and f 2 = 3 * f 0 with a maximum possible amplitude are present in a given PWM signal, while f 1 = 2 * f 0 is absent. Right and left, still relatively close to PWM = 0.5, the amplitudes of f 0 and f 2 decrease, initially only slightly. Additionally, with a PWM setting close to 0.5, the frequency f 1 = 2 * f 0 is added; to the right and left of PWM = 0.5 off fast rising.
Dies gilt allgemein: Die Grundfrequenzkomponente und alle im PWM-Signal evtl. zusätzlich enthaltenen Komponenten mit den Frequenzen 2f0, 3f0, 4f0, usw., haben eine vom jeweiligen PWM-Verhältnis abhängige Amplitude.This applies in general: The fundamental frequency component and all possibly additionally contained in the PWM signal components with the frequencies 2f 0 , 3f 0 , 4f 0 , etc., have a dependent on the respective PWM ratio amplitude.
Eine Elektronik in der Gerätebasis kann also durch ändern oder variieren des PWM-Verhältnisses gezielt Signale mit variierenden Spektralanteilen erzeugen und/oder vorgeben, ohne dass dafür eine zusätzliche technische Maßnahme mit dem entsprechenden Aufwand für die Erzeugung nötig wäre. Werden z.B. die oben bereits eingeführten Spulen mit einem solchen PWM-Signal beschickt, können die dargestellten Eigenschaften der PWM-Signale für eine drahtlose Verbindung zu einem Sensorelement im Inneren des Gefäßes genutzt werden.By changing or varying the PWM ratio, electronics in the device base can thus generate and / or specify signals with varying spectral components in a targeted manner, without requiring an additional technical measure with the corresponding expenditure for the generation. If e.g. If the coils already introduced above are supplied with such a PWM signal, the illustrated characteristics of the PWM signals can be used for a wireless connection to a sensor element in the interior of the vessel.
Da im jeweiligen PWM-Signal die Frequenz f0 immer vorhanden ist, eignet sich diese Frequenz insbesondere zur Energieübertragung oder für Broadcastsendungen (unspezifische Sendungen an alle sekundären Empfänger, die sich im Empfangsbereich befinden). Die Nutzung anderer Frequenzen (f1, f2, ...) erfolgt anwendungsabhängig. Bevorzugte oder sinnvolle PWM-Werte ergeben sich i.a. aus zusätzlichen Anforderungen; z.B. Nutzung des Bereichs der Null-Punkte in den Frequenzverläufen (z.B. bei PWM = ⅓, ⅔, ½, ...) und/oder die Forderung nach Amplitudengleichheit (z.B. bei PWM ≈ 0,42 / 0,58 für f1 und f2), usw.Since the frequency f 0 always exists in the respective PWM signal, this frequency is suitable in particular for energy transmission or for broadcasts (non-specific transmissions to all secondary receivers located in the reception range). The use of other frequencies (f 1 , f 2 , ...) depends on the application. Preferred or meaningful PWM values generally result from additional requirements; eg use of the range of zero points in the frequency curves (eg at PWM = ⅓, ⅔, ½, ...) and / or the requirement for amplitude equality (eg at PWM ≈ 0.42 / 0.58 for f 1 and f 2 ), etc.
Ein zusätzlicher Phasensprung, der bei einem symmetrischen Übergang von PWM=0,5+δ zu PWM=0,5-δ beim Hin- und Herschalten durch invertieren des PWM-Signals entsteht, kann für eine quasi-analoge Übertragung von Werten genutzt werden. Ein erster Datenkanal kann z.B. eine ASK-Modulation, ein zweiter eine Phasenmodulation nutzen. Die Aussendung und/oder Übertragung bestimmter Frequenzen kann auf der Primär- bzw. Senderseite durch Hinzufügen von entsprechenden Filtern bzw. Resonatoren unterstützt werden.An additional phase shift, which results from a symmetrical transition from PWM = 0.5 + δ to PWM = 0.5-δ when switching back and forth by inverting the PWM signal, can be used for a quasi-analogue transmission of values. A first data channel may e.g. an ASK modulation, a second use a phase modulation. The transmission and / or transmission of certain frequencies can be supported on the primary or transmitter side by adding corresponding filters or resonators.
Auf der Sekundär- bzw. Empfangsseite erfolgt eine Auskopplung zur Energieversorgung (nicht zwangsläufig aber bevorzugt) auf der Frequenz f0 und kann z.B. die sekundärseitig benötigte Energie für eine Elektronik bereitstellen. Weil die Amplitude von f0 nach rechts und links von PWM=0,5 relativ langsam abfällt, kann diese Übertragung von Energie unter weitgehend stabilen Bedingungen erfolgen, auch während Änderungen am PWM-Verhältnis gerade ausgeführt werden; zumindest sofern auch sonst keine kleinen PWM-Werte erforderlich oder notwendig sind. Zugleich werden Broadcastsendungen in Form von Phasensprüngen gesucht und erwartet (manchestercodiert), alternativ auf der Frequenz f1. On the secondary or receiving side, a decoupling to the power supply (not necessarily but preferred) takes place on the frequency f 0 and can, for example, provide the secondary side required energy for electronics. Because the amplitude of f 0 to the right and left of PWM = 0.5 decreases relatively slowly, this transfer of energy can be made under largely stable conditions, even while changes in the PWM ratio are being made; at least as long as no small PWM values are required or necessary otherwise. At the same time, broadcasts in the form of phase jumps are searched for and expected (Manchester encoded), alternatively at the frequency f 1 .
Wenn diese Frequenzen von der Primärseite nicht generiert werden, kann die entsprechende Funktion nicht bereitgestellt werden, was i.a. aber ohne sicherheitsrelevante Konsequenzen bleibt. Geräte mit oder ohne vorgesehene PWM-bedingte Zusatzfunktionen können mit Rührkörpern mit oder ohne spezielle Sensorfunktion uneingeschränkt zusammenarbeiten.If these frequencies are not generated by the primary, the corresponding function can not be provided, which i.a. but without security-relevant consequences remains. Devices with or without intended PWM-related additional functions can cooperate fully with stirrers with or without special sensor function.
Es sei angemerkt, dass sich die Frequenzgänge bezüglich PWM=0,5 symmetrisch verhalten, d.h. die spektralen Betragsanteile sind rechts und links von 50% jeweils gleich, haben aber natürlich eine unterschiedliche Phasenlage. Dies kann für eine Phasenmodulation zusätzlich oder allein genutzt werden. Die Phasenänderung kann auch zur Erhöhung der Sicherheit von laufenden ASK-Datenübertragungen als redundanter Kanal genutzt werden.It should be noted that the frequency responses with respect to PWM = 0.5 are symmetrical, i. the spectral amount shares are the same on the right and left of 50%, but of course have a different phase. This can be used additionally or alone for a phase modulation. The phase change can also be used to increase the security of current ASK data transmissions as a redundant channel.
Es sei zusätzlich angemerkt, dass PWM-Signale, die rechts und links von PWM=0,5 liegen, durch Invertieren auseinander hervorgehen können. Direkt beim Umschalten zeigen die Frequenzkomponenten einen zusätzlichen Phasensprung. Diese Umschalt-Invertierung kann z.B. per Software (mit einem Mikrokontroller) erreicht werden, kann aber auch nur mit einem einzelnen XOR-Gatter erreicht werden (ein Dateneingang und ein PWM-Signaleingang).In addition, it should be noted that PWM signals, which are right and left of PWM = 0.5, may be caused by inversion apart. Directly when switching the frequency components show an additional phase jump. This switching inversion may e.g. can be achieved by software (with a microcontroller), but can also be achieved only with a single XOR gate (a data input and a PWM signal input).
Andere Überlegungen ergeben zusätzliches Nutzungspotential: Wird als PWM-Frequenz z.B. 62,5kHz gewählt (Grundfrequenz f0 = 62,5 kHz), dann liegt mit f1=2f0=125kHz eine typische RFID-Frequenz vor. Das Gerät kann dann mit verfügbaren Transpondern auf dieser Frequenz kommunizieren. Daten können vom Gerät mit f1=125kHz ASK-moduliert übertragen werden; Daten vom Transponder können durch Lastmodulation an das Gerät zurückgereicht werden. Damit können Aufgaben wie z.B. Zubehör-Erkennungen nur unter Nutzung einer PWM-Steuerung erfüllt werden. Mittels eines Transponders, z.B. im Rührfisch eingebaut oder auf dem Gefäß aufgetragen (z.B. aufgeklebt) oder aufgedruckt, kann das Basisgerät ein damit angefordertes Prozessprofil erkennen und/oder abrufen, usw.Other considerations result in additional use potential: If, for example, 62.5 kHz are selected as the PWM frequency (fundamental frequency f 0 = 62.5 kHz), then f 1 = 2
Die oben angeführten aufsteckbaren Zusätze können z.B. so kontaktlos erkannt und von der Steuerung der Gerätebasis berücksichtigt werden (Zubehör-Erkennung, Prozesszuordnung, usw.).The above-listed attachable additives may e.g. so contactlessly recognized and taken into account by the control of the device base (accessory detection, process assignment, etc.).
Eine Frequenzwahl für das PWM-Signal von 31,25kHz oder auch 62,5kHz liegt in einem Bereich, in dem auch eine Induktionsheizung betrieben werden kann. Damit kann zusätzlich zu einer Normalheizung, auch für eine durch Glasgefäße hindurch in das Medium hineinreichende, zudem evtl. auswechselbar aufsetzbare Induktionsheizung in Kombination mit anderen Anwendungen betrieben werden. Über die gleiche, für eine Induktionsheizung vorgesehene Spule (77) (vgl.
Generell ist es von Vorteil, die Energieversorgung für eine Sekundärschaltung (Sensor) in einen Frequenzbereich zu legen, in der eine hohe Energieabstrahlung erlaubt ist und die Kommunikation auf Oberwellen in einem höheren Frequenzbereich, aber mit geringerer Energie, über das PWM-Verhältnis Steuer- und/oder einstellbar abzuwickeln.In general, it is advantageous to place the power supply for a secondary circuit (sensor) in a frequency range in which a high energy dissipation is allowed and the communication to harmonics in a higher frequency range, but with lower energy, via the PWM ratio control and / or settle adjustable.
In den Quadranten-Zwischenräumen, in denen sich, wie oben dargestellt, Heizelemente (70) befinden können, kann direkt unter der Aufstellplatte zusätzlich eine für andere Zwecke (nicht für Heizzwecke) vorgesehene Spule (77) positioniert werden. Mit dieser kann ein Magnetfeld, das sich in Richtung des aufzustellenden Gefäßes ausbildet, erzeugt werden. Die Spule (77) kann durch Nutzung eines Schalenkerns so ausgelegt werden, dass das von dieser Spule erzeugte, evtl. sehr starke Magnetfeld nicht nach unten und nicht seitlich zu den Antriebsmagneten hin fortgeleitet wird, d.h. die Auslegung kann so erfolgen, dass die Magnetisierung der Antriebsmagnete oder des Rührmagneten durch das Magnetwechselfeld der Spule nicht verloren geht.In the quadrant spaces, in which, as shown above, heating elements (70) may be located directly under the mounting plate additionally provided for other purposes (not for heating purposes) provided coil (77). With this, a magnetic field that forms in the direction of the vessel to be established, can be generated. The coil (77) can be designed by using a shell core so that the possibly very strong magnetic field generated by this coil is not forwarded downwards and not laterally towards the drive magnets, i. The design can be made so that the magnetization of the drive magnets or the stirring magnet is not lost by the magnetic alternating field of the coil.
Im gegebenen Kontext haben elektromagnetische Felder mit diesen Frequenzen (z.B. 30kHz, 32,5kHz, 50kHz, 62,5kHz, 100kHz) zudem den Vorteil, dass sie übliche Materialien und flüssige Medien (in Glasgefäßen und durch das Glas der Glasgefäße) ohne große Dämpfungen durchdringen können. Geeignet ausgelegt und PWM-gesteuert kann diese Spule (77) also als Erregungsspule nicht nur für eine (induktive) Versorgung der Elektronik im Rührkörper genutzt werden.In the given context electromagnetic fields with these frequencies (eg 30kHz, 32.5kHz, 50kHz, 62.5kHz, 100kHz) also have the advantage that they penetrate conventional materials and liquid media (in glass vessels and through the glass of the glass vessels) without much attenuation can. Suitably designed and PWM-controlled, this coil (77) can thus be used as an excitation coil not only for an (inductive) supply to the electronics in the stirring body.
Stand der Technik 3: SensorenPrior art 3: Sensors
Auf dem Stand der Technik können Sensorelemente, zusammen mit den jeweils notwendigen elektronischen Schaltungen und Strukturen, sehr weit miniaturisiert werden, wobei aber oft sehr hohe Frequenzen genutzt werden müssen.In the prior art, sensor elements, together with the respective necessary electronic circuits and structures, can be miniaturized very far, but often very high frequencies must be used.
Speziell durch das ihnen zugrunde liegende Messprinzip erlauben SAW-Sensoren nicht nur den einen speziellen Parameter „Temperatur“ zu erfassen, sondern können, weit darüber hinaus gehend, auch für die Bestimmung anderer physikalischer, chemischer, biologischer, usw. Parameter eingesetzt werden. SAW-Sensoren zur Erfassung von Druck, Massen, usw. sind ebenso Stand der Technik, wie eine damit (zumindest bei einer Freiraumübertragung) verbundene Fernabfrage, sogar mit einer Identifikationsmöglichkeit des einzelnen Sensors Unter anderen Veröffentlichungen zeigen besonders Dissertationen der letzten Jahre die unterschiedlichsten Anwendungen mit SAW-Sensoren. So sind z.B. SAWs als besonders sensitive Biosensoren beschrieben: Sogenannte Marker, die auf die Oberfläche eines (Piezo-) Materials aufgebracht sind, an die sich sehr spezifisch Biomoleküle binden können, helfen das Vorkommen von zu detektierenden Molekülen dadurch nachzuweisen, dass sich die Oberflächenwelleneigenschaften eines SAW-Sensors ändern, wenn sich Biomoleküle an diese Marker anheften. Hochspezifische Sensoren können so hergestellt werden. Specifically, due to the underlying measurement principle, SAW sensors not only allow to capture the one special parameter "temperature", but, going far beyond that, can also be used for the determination of other physical, chemical, biological, etc. parameters. SAW sensors for the detection of pressure, masses, etc. are also state of the art, such as a (at least in a free space transfer) connected remote query, even with a possibility of identification of the individual sensor Among other publications show especially dissertations in recent years, the most diverse applications SAW sensors. For example, SAWs are described as particularly sensitive biosensors: so-called markers, which are applied to the surface of a (piezo) material, to which can bind very specific biomolecules, help to detect the presence of molecules to be detected by the fact that the surface acoustic wave properties of a SAW sensors change when biomolecules attach to these markers. Highly specific sensors can be manufactured in this way.
Die Überwachung auch chemischer Parameter und Prozesse, auch direkt in einem zu rührenden Medium, ist auf diese Weise und unter gewissen Voraussetzungen möglich und kann im erfindungsgemäßen Kontext durch eine geeignete Referenzierung eingesetzt werden. Dafür ist nicht unbedingt der Einsatz eines SAW-Sensors notwendig, kann aber mit einem solchen Sensor besonders sensitiv ausgestaltet werden.The monitoring of chemical parameters and processes, even directly in a medium to be stirred, is possible in this way and under certain conditions and can be used in the context of the invention by a suitable referencing. This does not necessarily require the use of a SAW sensor, but can be made particularly sensitive with such a sensor.
Die für eine Temperaturmessung verwendeten Sensorelemente und Effekte sind derart vielfältig, dass es unerheblich ist, welche spezielle Sensortechnik jeweils Verwendung findet, zumal bei derartigen Sensoren, z.B. als einfach einzusetzende käufliche Bauteile, oftmals von außen gar nicht erkannt werden kann, auf welchem physikalischen Prinzip der jeweilige Sensorbaustein beruht. Von der Temperatur abhängige Materialien und/oder physikalische Effekte, die mittels einer i.a. zusammenfassend als „Sensoranordnung“ bezeichneten Auswerteschaltung (i.a. elektronisch) einer messtechnischen Erfassung direkt (z.B. Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten, Spannungen, Ströme, usw.) oder indirekt (z.B. über die Laufzeit, Schallgeschwindigkeit, Materialausdehnung, Quarzfrequenzen, Strahlung, usw.) zugänglich sind, können hierzu eingesetzt werden.The sensor elements and effects used for a temperature measurement are so varied that it does not matter which particular sensor technology is used in each case, especially since such sensors, e.g. as easily used commercially available components, often can not be recognized from the outside, based on which physical principle of the respective sensor module. Temperature dependent materials and / or physical effects produced by means of an i.a. collectively referred to as "sensor array" evaluation (ia electronic) of a metrological detection directly (eg resistors, capacitances, inductances, voltages, currents, etc.) or indirectly (eg over the life, speed of sound, material expansion, quartz frequencies, radiation, etc.) accessible can be used for this purpose.
Für Temperaturmessungen in einer rauen oder unzugänglichen Umgebung, allgemeiner in Situationen, bei denen Temperaturdaten drahtlos an eine Auswerteeinheit übermittelt werden müssen, finden auf dem Stand der Technik diverse Transponderkonstruktionen Verwendung. Art und Technik dieser Möglichkeit sind bekannt. Als ein Beispiel für derartige Transponder sind Konstruktionen zur Erfassung von Temperaturdaten, speziell unter Nutzung von SAWs, bekannt, die unter anderem Temperatur-Fernabfragen auch in bzw. aus einer rauen und/oder gefährlichen Umgebung ermöglichen (
Auf Grund konstruktiv notwendiger Bedingungen (Aufbau) und der notwendigen Zusätze für die Anregung, für die Auswertung und auch für eine drahtlose Übertragung, die beim Einsatz von SAWs nicht wahlweise, sondern schlichtweg notwendigerweise vorzusehen sind (z.B. die Interdigitalwandler), können solche Konstruktionen (im Besonderen in einer passiven Ausführungsform) nicht einfach in ein flüssiges (zu rührendes) Medium an einem Rührkörper angebracht und eingesetzt werden.Due to structurally necessary conditions (structure) and the necessary additions for the excitation, for the evaluation and also for a wireless transmission, which are not optional, but simply necessarily provide when using SAWs (eg the interdigital transducer), such constructions (im Particular in a passive embodiment) are not simply mounted in a liquid (to be stirred) medium on a stirring body and used.
Aus der schon angeführten
Aus der
Für kleine Frequenzen werden bekanntermaßen die räumlichen Ausdehnungen von SAW-Sensoren sehr groß, so dass SAW-Sensoren i.a. für Frequenzen oberhalb von 10 MHz (bis in den GHz-Bereich hinein) ausgebildet sind. Soll oder muss ein SAW-Sensor eingesetzt werden, der auf Grund einer benötigten kleinen Bauform nur Signale mit einer hohen oder sehr hohen Frequenz nutzen kann, sind ganz offensichtlich zusätzlich zu treffende Maßnahmen unumgänglich. Im Kontext mit einem Magnetrührer und mit einem Rührkörper, der als Sensor in Flüssigkeit, also in einer für Funkverbindungen bzw. für hohe Frequenzen problematischen Umgebung arbeitet, besteht damit das generelle Problem, dass die Verbindung zwischen Basisgerät und Sensor nicht mit einer hohen Arbeitsfrequenz betrieben werden kann, die Sensorfunktionalität aber eine solche benötigt oder voraussetzt.For small frequencies, it is known that the spatial dimensions of SAW sensors become very large, so that SAW sensors i.a. are designed for frequencies above 10 MHz (up to the GHz range). Should or must be used a SAW sensor, which can only use signals with a high or very high frequency due to a small size required, are obviously in addition to appropriate measures inevitable. In the context of a magnetic stirrer and with a stirring body, which works as a sensor in liquid, so in a problematic for radio communications or high frequencies, there is thus the general problem that the connection between the base unit and sensor are not operated at a high operating frequency can, but the sensor functionality requires or requires one.
Aufgabetask
Im dargestellten technologischen Umfeld besteht die Aufgabe der Erfindung darin, für sensorische Aufgaben im Zusammenhang mit der Anwendung von Magnetrührern, bei denen beliebig positionierte Sensoren, die hochfrequente Signale nutzen oder benötigen und die auch im Inneren des Mediums in einem aufgestellten Gefäß vorliegen können, sowohl eine Versorgung für eine mit den Sensoren verbundenen Elektronik bereitzustellen, als auch einen Datenaustausch zwischen diesen Sensoren und einer elektronischen Steuerung im Basisgerät sicherzustellen, bei der die oben dargestellten Nachteile nicht mehr vorhanden sind.In the illustrated technological environment, the object of the invention is for sensory tasks in connection with the use of magnetic stirrers, in which arbitrarily positioned sensors that use or require high-frequency signals and which may also be present in the interior of the medium in a prepared vessel, both a Provide supply for an electronics connected to the sensors, as well as to ensure a data exchange between these sensors and an electronic control in the base unit, in which the disadvantages presented above are no longer present.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Details des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the characterizing details of
Insbesondere dadurch, dass
- - für eine induktive Übertragung von Energie und Daten im Basisgerät dicht unter der Aufstellfläche liegende Spulen konstruktiv vorgesehen sind, und dass
- - über diese Spulen auf einer relativ niedrigen Frequenz mittels eines PWM-Signal, das von der elektronischen Steuerung im Basisgerät eingestellt bzw. gesteuert wird, die Versorgung einer Sensorelektronik, auch eines im Medium liegenden Sensors, sichergestellt wird, wobei
- - die PWM-Steuerung verschiedene Frequenzkomponenten des PWM-Signals derart nutzt, dass auch ein Datenaustausch zum Rührkörper möglich ist und dass
- - eine Empfangseinheit der Gerätebasis, die von einem im Medium liegenden Rührkörper-Sensor kommenden, ebenfalls niederfrequenten Signale für eine Weiterverarbeitung aufnimmt.
- - Are provided structurally for an inductive transmission of energy and data in the base unit close to the footprint lying coils, and that
- - Via these coils at a relatively low frequency by means of a PWM signal, which is set or controlled by the electronic control unit in the base unit, the supply of a sensor electronics, including a sensor located in the medium, is ensured
- - The PWM control uses different frequency components of the PWM signal such that a data exchange to the stirring body is possible and that
- - A receiving unit of the device base, which receives from a lying in the medium Rührkörper sensor, also low-frequency signals for further processing.
Eine evtl. in der Sensoreinheit für die Sensorfünktionalität selbst benötigte oder verwendete, hochfrequente Signalnutzung wird nur intern im Rührkörper erzeugt und genutzt und bleibt dadurch auf den internen Sensorkörper, hier also auf den Rührkörper, beschränkt. Ein hochfrequentes Signal braucht damit weder von außen an den Sensor über eine mit dem Sensor verbundene Antenne herangeführt werden, noch muss das Basisgerät ein hochfrequentes Signal, das von diesem Sensor kommt, empfangen.A possibly used in the sensor unit for the sensor functionality itself or used, high-frequency signal use is generated and used only internally in the stirring body and thus remains limited to the internal sensor body, so here on the stirring body. A high-frequency signal thus does not need to be brought from outside to the sensor via an antenna connected to the sensor, nor does the base unit need to receive a high-frequency signal coming from this sensor.
Somit kann auch und besonders in einem Rührkörper ein SAW-Sensor Verwendung finden, ohne das die o.g. Nachteile sich auswirken können. Aber nicht nur SAW-Bauelemente nutzen eine hohe oder sogar sehr hohe Arbeitsfrequenz unmittelbar im Sensorelement oder setzen eine solchermaßen hohe Frequenz voraus. Auch ganz einfach aufgebaute Sensoren, die z.B. nur aus einem RC-Glied bestehen und bei denen die Veränderung der Zeitkonstante das eigentliche sensorische Elementarprinzip darstellt, können genauer arbeiten oder können kleiner ausgelegt werden (kleine Bauformen eines Sensors), wenn hohe Signalfrequenzen eingesetzt werden.Thus, and especially in a stirring body, a SAW sensor can be used without the o.g. Disadvantages can affect. But not only SAW devices use a high or even very high operating frequency directly in the sensor element or require such a high frequency. Also quite simply constructed sensors, e.g. consist only of an RC element and in which the change of the time constant represents the actual sensory elementary principle, can work more accurately or can be made smaller (small designs of a sensor) when high signal frequencies are used.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der beiliegenden Abbildungen am Beispiel eines Sensors im Rührkörper dargestellt und anhand eines Sensors, der auch ein SAW-Sensorelement einsetzen kann, erläutert werden. Dafür zeigen
Oberhalb des Blockschaltbildes der
Der primärseitige (geräteseitige) Teil der Schaltung, der auch die Versorgung der Schaltung übernimmt, ist insgesamt mit (
Eine empfangsseitig (sekundärseitig) vorhandene Schaltung (
Die Empfangsspule (
Aus dem so empfangenen PWM-Signal (
Als wichtigste Komponente für die Rührkörperschaltung insgesamt, wird eine der Versorgung dienende Spannung (
Die Blöcke (
Die Spannung (
Aus der
In dieser Schaltung der
Damit ist das Signal, das über die Strecke (
Nur als Beispiel soll im Folgenden angenommen sein, dass die Strecke (
Das (eine) Signal des Generators (
Die Anzahl dieser Messtrecken (hier drei) kann selbstverständlich erweitert werden, indem mehrerer Messtrecken oder mehrere Referenzstrecken zusätzlich eingefügt werden. Die Verarbeitung der hochfrequenten Signale auf dem Rührkörper ist in allen Fällen die gleiche. Für jede Messstrecke ist ein D-Flipflop (
In den folgenden Darstellungen wird für diese D-Flipflops das Symbol eines Multiplizierers genutzt, was aber gleichwertig aufzufassen ist. Ein Multiplizierer (z.B. eine Gilbertzelle) kann analoge und digitale Signale verarbeiten, ein D-Flipflop setzt digitale Signale voraus. Hier ist nur wichtig, dass an den Ausgängen der D-Flipflops (oder Multiplizierer) ein niederfrequentes Signal entsteht, in dem sich jeweils die Phasenlagen der Signale der beiden Generatoren (
In dieser Darstellung der
Die Übertragung vom Gerät zum Sensor bzw. Rührkörper (
Von einem basisgeräteseitigen Generator (
Die Kopplung (
Sensorseitig (
Eine zweite sensorseitige Komponente (
Das Signal eines ersten Generators (
- - mit einer direkten Zuleitung eine erste Referenzstrecke (Refl) und erreicht eine erste Mischstufe (
196 ), - - auf einem zweiten Signalweg wird das Signal dieses ersten Generators (
184 ) in einem ersten SAW-Sensor (187 ) mit einem Interdigitalwandler (190 ) (IDW) in eine akustische Oberflächenwelle umgewandelt, die auf der Oberfläche des SAW-Sensors (187 ) eine geometrisch definierte Strecke (187 ) durchläuft und am Ende der Strecke (187 ) mit einem IDW (192 ) wieder zurück in ein digitales Signal gewandelt wird. Dieses digitale Signal erreicht so, laufzeitbedingt verzögert, eine zweite Mischstufe (195 ), - - auf einem dritten Signalweg, der dem zweiten Signalweg vollständig gleichen kann, wird das Signal des ersten Generators (
184 ) in einem zweiten SAW-Sensor (188 ), wieder mittels IDW (191 ), in ein akustisches Oberflächenwellensignal und nach dem Durchlauf der Strecke des SAW-Sensors (188 ) mittels IDW (193 ) wieder zurück in ein digitales Signal gewandelt, das ein dritte Mischstufe (200 ), laufzeitbedingt verzögert erreicht.
- - With a direct supply line, a first reference path (Refl) and reaches a first mixing stage (
196 ) - on a second signal path, the signal of this first generator (
184 ) in a first SAW sensor (187 ) with an interdigital transducer (190 ) (IDW) is transformed into a surface acoustic wave which is emitted on the surface of the SAW sensor (187 ) a geometrically defined path (187 ) and at the end of the route (187 ) with an IDW (192 ) is converted back into a digital signal. This digital signal reaches a second mixing stage (delayed due to the delay) (195 ) - on a third signal path, which can completely equal the second signal path, the signal of the first generator (
184 ) in a second SAW sensor (188 ), again using IDW (191 ), into a surface acoustic wave signal and after passing through the path of the SAW sensor (188 ) by means of IDW (193 ) is converted back into a digital signal, which is a third mixing stage (200 ), delayed due to runtime.
Abhängig von den Bedingungen für den jeweiligen SAW-Sensor, sind die Laufzeiten, die sich einstellen, durch alle wesentlichen Parameter mitgeprägt; dazu gehört u.a. auch die Temperatur. Die beiden SAW-Sensoren (
Die Mischstufen (drei Multiplizierer (
- - Da das erste niederfrequente digitale Schwebungssignal (
197 ) aus den beiden Generatorsignalen direkt gebildet wird (die Laufstrecke ist mit Refl bezeichnet und besteht nur aus einer direkten Verbindungsleitung), ist diese Laufzeit minimal und spiegelt damit nur die relativen Phasenlagen der beiden Generatoren wieder. - - Die Phasenlage des zweiten niederfrequenten digitalen Schwebungssignals, das der Mischer (
195 ) erzeugt, spiegelt eine erste SAW-Sensor-Laufzeit vom ersten SAW-Sensor (187 ) wieder, die hier z.B. als Referenz (Ref2) genutzt wird, weil ein (Ziel-) Parameter (z.B. durch Isolation) diesen Sensor nicht beeinflusst, aber z.B. dem Temperatureinfluss in der Laufzeit genauso folgt, wie der zweite SAW-Sensor (188 ). - - In der Phasenlage des dritten niederfrequenten digitalen Schwebungssignals (das der Mischer (
200 ) erzeugt) spiegelt sich die Laufzeit des zweiten SAW-Sensors (188 ) wieder, der allerdings vom eigentlichen Zielparameter nicht isoliert worden ist und daher in seiner Laufzeitverzögerung diesen Parameter mit repräsentiert.
- - Since the first low-frequency digital beat signal (
197 ) is formed directly from the two generator signals (the path is designated Refl and consists only of a direct connection line), this run time is minimal and thus reflects only the relative phase angles of the two generators again. - The phase of the second low-frequency digital beat signal that the mixer (
195 ), a first SAW sensor transit time from the first SAW sensor (187 ), which is used here as reference (Ref2), because a (target) parameter (eg due to isolation) does not influence this sensor, but, for example, follows the temperature influence in the runtime just as the second SAW sensor (188 ). - In the phase relationship of the third low-frequency digital beat signal (which the mixer (
200 ), the transit time of the second SAW sensor (188 ), which, however, has not been isolated from the actual target parameter and therefore represents this parameter in its propagation delay.
Die niederfrequenten Schwebungssignale spiegeln in ihren Phasenlagen die Laufzeiten der hochfrequenten Signale relativ zueinander wieder; in der Laufzeitdifferenz repräsentiert sich der eigentliche Zielparameter.The low-frequency beat signals reflect in their phase positions the transit times of the high-frequency signals relative to each other; The actual target parameter is represented in the runtime difference.
Die niederfrequenten Schwebungssignale werden (hier nur beispielhaft) mit Leuchtdioden (z.B. (
Als Beispiel für eine mögliche einkanalige Signalübertragung sind mit Abb.8' die digitalen Schwebungssignale in einem Impulsdiagramm dargestellt: Das als Referenz genutzte Schwebungssignal, das vom Mischer (
Bei einer Taktsignalfrequenz von z.B. 50MHz (und bei z.B. einer Differenzfrequenz von z.B. 1kHz), die von den Taktgeneratoren (
So ist es also möglich, auch einen SAW-Sensor in einem Rührkörper eines Magnetrührers zu nutzen, um damit z.B. molekulare Vorgänge bzw. chemische, biologische, physikalische Parameter im jeweiligen Medium erfassen und darstellen zu können.So it is also possible to use a SAW sensor in a stirring body of a magnetic stirrer in order to use it, for. capture and display molecular processes or chemical, biological, physical parameters in the respective medium.
Eine in der Patentliteratur zu findende direkte Kopplung des IDWs eines SAW-Sensors, der sich im Medium befinden soll, durch einen längs um den Rührkörper gewickelten Draht als Antenne (eine Spule, die hohe Frequenzen gar nicht durchlassen wird) und die direkt mit dem SAW-Sensor verbunden sein soll, würde nicht funktionieren können.A finding in the patent literature direct coupling of the IDWs of a SAW sensor, which is to be in the medium, by a longitudinally wound around the agitator wire as an antenna (a coil that will not let high frequencies through) and directly with the SAW Sensor should not be able to work.
Erst mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen Technik wird der Einsatz von SAW-Sensoren mit deren großen Anwendungsmöglichkeiten erreicht. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die erfindungsgemäße Technik zwar einen kompliziert erscheinenden Hintergrund hat, aber i.a. ohne großen Aufwand realisiert werden kann. Bei einem Magnetrührer mit einem Antrieb gemäß Abb.1a oder
Der basisgeräteseitig primäre Schaltungsteil, in
Geräteseitig wird ein PWM-Signal (
Die Nutzung der zweiten Frequenzkomponente (
Wie schon zur
Diese vier Strecken werden genutzt als
- - eine erste Referenzstrecke (
157 ) (Refl), in der sich nur die Phasenlagen der beiden Generatorsignale repräsentieren, - - eine zweite Referenzstrecke (
158 ) (Ref2), bei der das Signal über eine erste SAW-Sensorstrecke läuft und - - zwei weitere völlig gleich ausgestaltete Signalstrecken mit SAW-Komponenten (
159 ), (160 ).
- a first reference link (
157 ) (Refl), in which only the phase positions of the two generator signals represent, - a second reference link (
158 ) (Ref2), where the signal passes through a first SAW sensor link and - - two further signal lines with identical components and SAW components (
159 )160 ).
Der jeweilige SAW-Sensor bewirkt im realen Sinne eine zeitlich und räumlich definierte Signal-Laufzeit (als akustische Oberflächen-Wellen von dem einen Ende des Sensors zum anderen Ende des Sensors) weswegen beide Begriffe, also Sensor und Signalstrecke praktisch als Synonyme aufzufassen sind.The respective SAW sensor causes in the real sense a time and space defined signal transit time (as acoustic surface waves from the one end of the sensor to the other end of the sensor) so both terms, ie sensor and signal path are practically regarded as synonyms.
Die SAW-Sensoren (
Das hier nur beispielhaft anhand von SAW-Sensoren beschriebene Konzept ist aber nicht auf SAW-Sensoren beschränkt zu sehen. Der Einsatz von SAW-Sensoren ist auf dem Stand der Technik, wie oben schon ausgeführt, bekannt. In
Jedes Konstrukt, dessen Elemente (wie auch immer) eine Zeitverzögerung bewirken, kann in diesem erfindungsgemäßen, auf veränderlichen Laufzeiteigenschaften von Signalstrecken basierenden Sensorkonzept genutzt werden. Mit einfachsten RLC-Sensorsystemen (Sensoren, die von einem physikalischen Parameter abhängig veränderliche Widerstände (R) und/oder Kapazitäten (C) und/oder Induktivitäten (L) nutzen) kann das erreicht werden. So sind z.B. auch RC-Glieder erfindungsgemäß nutzbar. In
Allgemein wird ein SAW-Element, das für eine Messung vorgesehen wird, dem jeweiligen Zielparameter zugänglich sein, während eine Referenzstrecke gegenüber diesem Parameter isoliert oder zumindest unempfindlich gemacht wird.In general, a SAW element provided for a measurement will be accessible to the respective target parameter, while a reference path will be isolated or at least rendered insensitive to this parameter.
Wenn z.B. die Oberfläche eines SAW-Sensor-Substrats mit einem Marker besetzt wird, an den ein spezifisches Molekül binden kann, was den SAW-Sensor für eine spezifische Molekülbindung empfindlich macht, dann muss diese Oberfläche diesem Molekül in der Flüssigkeit zugewandt und zugänglich sein. Dieser molekülspezifische SAW-Sensor wird aber auch von anderen Parametern, wie z.B. von der Temperatur, beeinflusst. Wird nun mit einem solchen hochspezifischen SAW-Sensor ein bestimmter Effekt beobachtet, so kann nicht sicher angegeben werden, wieviel von einer gerade erfassten Messwertveränderung lediglich aus einer Temperaturveränderung stammt.If e.g. the surface of a SAW sensor substrate is occupied by a marker to which a specific molecule can bind, which makes the SAW sensor sensitive to specific molecule binding, then that surface must face that molecule in the liquid and be accessible. However, this molecule-specific SAW sensor is also affected by other parameters, e.g. from the temperature, influenced. If a specific effect is observed with such a highly specific SAW sensor, it can not be stated with certainty how much of a change in the measured value that has just been recorded is merely due to a temperature change.
Wird nun eine Referenzstrecke mit einem exakt gleich aufgebauten SAW-Sensor genutzt, dieser SAW-Sensor ist aber - z.B. durch eine Beschichtung - gegenüber der Flüssigkeit bzw. den Molekülen isoliert, so wird dieser Sensor ein - zumindest bzgl. der Temperatur - gleiches Verhalten zeigen; ein von bindenden Molekülen kommender Effekt wird aber fehlen, ein durch die Beschichtung hinzukommender Effekt kann sich zusätzlich bemerkbar machen. Es kann also vorkommen, dass verschiedene Parameter verschiedene Auswirkungen haben, die erst mit weiteren Referenzen eliminiert werden können.If a reference path with a precisely identically constructed SAW sensor is now used, this SAW sensor is however - for example -. by a coating - isolated with respect to the liquid or the molecules, this sensor will show a - at least with respect to the temperature - the same behavior; However, an effect coming from binding molecules will be missing, an effect added by the coating may additionally be noticeable. It may therefore happen that different parameters have different effects, which can only be eliminated with further references.
Als weiteres Beispiel kann eine erste Referenz (
Als weiteres Beispiel kann eine Temperaturmessung mit einem RC-Glied (bei (
Die Zusammensetzung der Signalverzögerungen erlaubt, sowohl einen Bezug zu den Signalen, zu den Referenzen, und auch zu den Messgrößen in einem einzigen Messschritt herzustellen.The composition of the signal delays allows to establish both a reference to the signals, to the references, and also to the measured quantities in a single measuring step.
Die Ausbildung von digitalen Schwebungssignalen, in
Die Übertragung von Signalen wird bei einem Magnetrührer nicht optisch (
Mit der Periode des auf diese Weise übertragenen Signals ist die Frequenzdifferenz der von den Taktgeneratoren erzeugten Signale bekannt; die Dauer des übertragenen nicht 50%-Duty-Cycle-Signals repräsentiert den Messbereich (z.B. 0 -100 Grad); die vom Messsignal bewirkte Invertierung des Nicht-50%-Duty-Cycle-Signals gibt exakt die Stelle an, wo im Messbereich der Messwert liegt. Eine geeignete Auswertung ist dem Fachmann durch die Darstellungen der PWM-Eigenschaften somit zugänglich.With the period of the signal thus transmitted, the frequency difference of the signals generated by the clock generators is known; the duration of the transmitted non-50% duty cycle signal represents the measurement range (e.g., 0-100 degrees); the inversion of the non-50% duty-cycle signal caused by the measuring signal indicates exactly where the measured value lies in the measuring range. A suitable evaluation is thus accessible to the person skilled in the art by the illustrations of the PWM properties.
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