DE102017003478B3 - Magnetic stirrer with sensor - Google Patents

Magnetic stirrer with sensor Download PDF

Info

Publication number
DE102017003478B3
DE102017003478B3 DE102017003478.8A DE102017003478A DE102017003478B3 DE 102017003478 B3 DE102017003478 B3 DE 102017003478B3 DE 102017003478 A DE102017003478 A DE 102017003478A DE 102017003478 B3 DE102017003478 B3 DE 102017003478B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
sensor
frequency
sensors
stirring body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102017003478.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Alfred Brühn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sciknowtec GmbH
Original Assignee
Sciknowtec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sciknowtec GmbH filed Critical Sciknowtec GmbH
Priority to DE102017003478.8A priority Critical patent/DE102017003478B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102017003478B3 publication Critical patent/DE102017003478B3/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20Measuring; Control or regulation
    • B01F35/21Measuring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • B01F33/452Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using independent floating stirring elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20Measuring; Control or regulation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20Measuring; Control or regulation
    • B01F35/21Measuring
    • B01F35/214Measuring characterised by the means for measuring
    • B01F35/2142Measuring characterised by the means for measuring using wireless sensors introduced in the mixture, e.g. transponders or RFID tags, for measuring the parameters of the mixture or components to be mixed

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. DE 2916078A1 (1979)).Such magnetic stirrers are known in various forms and configurations, with individually and / or repeatedly present vessel installation positions or vessel positions for the stirring medium (s), with a (heatable or non-heatable) mounting plate. These devices often have additions or special additional functions, such as special interfaces, heated mounting plates, weighing devices, temperature measuring devices, etc. To increase the stability of a flat design of the device is advantageous. Basic design features of stirrers are a drive unit and an interchangeable mixing tool and the same handling (choose stirring tool, connect this with the drive unit, dip the stirring tool into the medium, stir). With the patent literature it must be proved that innovations can affect both elements (drive and stirring tool) together and separately (eg DT1557230C3 (1967)) "stirring part for a magnetic stirrer"). In the case of sensors, transponder constructions and, in particular, the use of SAWs in the case of airspace transmissions are generally known and used (eg DE 2916078A1 (1979)).

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 DE4440250A1 ist ein „Magnetrührer“ der oben genannten Art zu entnehmen, bei dem als Ziel die Bestimmung von physikalischen, chemischen und/oder biologischen Parametern angegeben ist. Zwischen der Rührvorrichtung und der Messelektronik können Energie und Daten über das magnetische Feld übertragen werden. Als Arbeitsfrequenz werden Frequenzen bis in den Gigahertz-Bereich vorzugsweise bis 135 kHz angegeben. Die Messelektronik samt aller Sensoren (im Rührkörper) kann in einem Gehäuse eine funktionelle Einheit bilden.From the DE4440250A1 is a "magnetic stirrer" of the type mentioned above, in which the determination of physical, chemical and / or biological parameters is specified. Energy and data can be transmitted via the magnetic field between the stirrer and the measuring electronics. As operating frequency frequencies up to the gigahertz range are preferably specified to 135 kHz. The measuring electronics including all sensors (in the stirring body) can form a functional unit in a housing.

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 DE2144372A (1971) z.B. sind „Geräte ohne Heizung, mit Heizung und zusätzlichen Einrichtungen für die Messung bestimmter physikalischer Größen in der gerührten Flüssigkeit“ bekannt, wobei „die elektrische Heizung als selbstständiger, vom Gehäuse abnehmbarer Bauteil mit dem oberen Stellplatz für das Gefäß ausgebildet ist“.As a result, additives are often found as pluggable or attachable additives. From the DE2144372A (1971), for example, "devices without heating, with heating and additional facilities for the measurement of certain physical quantities in the stirred liquid" are known, wherein "the electric heater is designed as a self-contained, removable from the housing component with the upper parking space for the vessel" ,

Eine Heizvorrichtung (29) (vgl. ) als Zusatzfunktion für einen Magnetrührer kann also als integraler Teil des Magnetrührers vorgesehen sein oder kann als ein getrennter, zumindest abnehmbarer Bestandteil des Magnetrührers angesehen und ausgelegt werden.A heating device (29) (cf. ) as an additional function for a magnetic stirrer can thus be provided as an integral part of the magnetic stirrer or can be considered and designed as a separate, at least removable component of the magnetic stirrer.

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 ( ) bekannt:

  • - 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 ( ), die
    • ○ 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,
    sowie
  • - von einem Primärantrieb angetrieben rotierende (mehrere, hier vier) Antriebsmagnete ( ), die
    • ○ 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.
As means for generating rotationally variable, strong magnetic fields which are intended to drive the stirring body in the medium, in the prior art ( ) known:
  • - 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 ( ), the
    • ○ 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,
    such as
  • - Driven by a primary drive rotating (several, here four) drive magnets ( ), the
    • ○ 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.

stellt zu diesem Stand der Technik diese drei prinzipiell vorkommenden Formen von Antrieben für die hier im Focus stehende Art der Magnetrührer dar: die Rotationsachsen (1) und die Rührebenen (3) des Rührkörpers (2) liegen auf Grund der gleichen Funktion eines jeden Magnetrührers bei allen Formen gleich dargestellt vor (und sind in den Teilabbildungen la-c daher auch gleich bezeichnet). Die Rührkörper (2) weisen selbst auch einen Magneten auf und rotieren (gekoppelt an das drehveränderliche Magnetfeld des Antriebs) um ihre Rotationsachse (1) in gleicher Richtung (3). Die Magnetpole des Rührkörpers und der Antriebsmagnete sind mit einem N (für Nordpol) und S (für Südpol) angegeben. Im Folgenden sollen alle Magnete, die dem Antrieb dieses Rührmagneten (der mit dem Rührkörper verbunden ist) dienen, als „Antriebsmagnet(e)“ bezeichnet werden, der Magnet im Rührkörper als „Rührmagnet“. In this state of the art, these three basic forms of drives represent the type of magnetic stirrers that are in focus here: the axes of rotation (1) and the stirrer levels (3) of the stirring body (2) are due to the same function of each magnetic stirrer All forms are represented equal (and are therefore also referred to in the sub-images la-c also equal). The stirring bodies (2) themselves also have a magnet and rotate (coupled to the rotationally variable magnetic field of the drive) about their axis of rotation (1) in the same direction (3). The magnetic poles of the stirring body and the drive magnets are indicated with an N (for north pole) and S (for south pole). In the following, all the magnets which serve to drive this stirring magnet (which is connected to the stirring body) should be referred to as "drive magnet (s)", the magnet in the stirring body as "stirring magnet".

Bei reinen Spulenantrieben ( ) wird durch eine geeignete Ansteuerung (5) der Spulen (4) in der Gerätebasis ein rotationsveränderliches Magnetfeld erzeugt, das den Rührmagnet ausrichtet und dem er folgen kann, wodurch er im Medium in rotierende Bewegung versetzt wird und das Medium rührt. Weil die Feldstärke von Dauermagneten mittels Spulen kaum oder nur mit hohem Aufwand zu erreichen ist, ist ein vergleichsweise hoher technischer und energetischer Aufwand nötig.For pure coil drives ( ) is generated by a suitable control (5) of the coils (4) in the device base, a rotationally variable magnetic field, which aligns the stirring magnet and he can follow, whereby he is placed in the medium in rotating motion and the medium stirred. Because the field strength of permanent magnets by means of coils is difficult or can be achieved only with great effort, a relatively high technical and energy costs is necessary.

Bei den „sonst üblichen Magnetrührern“ (vgl. Abb.lb u. links in Seitenansicht, rechts in Aufsicht; mit gleichen Bezeichnern für gleiche Details) wird ein üblicherweise länglicher Antriebsmagnet (7) verwendet, dessen Magnetisierung in Richtung seiner Länge erfolgt (die Magnetpole N bzw. S liegen an den Enden des Antriebsmagneten (7)). Kraftgekoppelt an das Magnetfeld rotiert der im Medium eingelegte Rührkörper (2) mit dem Antriebsmagneten (7), i.a. um einen gewissen Winkel (12) (s. ) versetzt mit. Der Rührkörper (2) ist als Magnet (mit Nord- und Südpol) ausgelegt oder enthält einen solchen Dauermagneten (Rührmagnet) und rotiert mit der Rotation des Antriebsmagneten (7), parallel zur Arbeitsfläche bzw. zur Aufstellplatte (29) bzw. zur Aufstellfläche (10). Die Rotationsachse (8) des Antriebsmagneten (7) und die Rotationsachse (1) des Magneten des Rührkörpers (2) liegen parallel, stimmen i.W. sogar überein. Über die starre Kopplung einer Antriebswelle (9) mit einem Motor (6) verbunden, wird der Antriebsmagnet (7) angetrieben.For the "usual magnetic stirrers" (see Fig.lb u. left in side view, right in top view; with the same designators for the same details), a usually elongated drive magnet (7) is used, whose magnetization takes place in the direction of its length (the magnetic poles N and S are located at the ends of the drive magnet (7)). Force-coupled to the magnetic field, the stirring body (2) inserted in the medium rotates with the drive magnet (7), generally by a certain angle (12) (see FIG. ) offset with. The stirring body (2) is designed as a magnet (with north and south pole) or contains such a permanent magnet (stirring magnet) and rotates with the rotation of the drive magnet (7), parallel to the work surface or to the mounting plate (29) or to the footprint ( 10). The axis of rotation (8) of the drive magnet (7) and the axis of rotation (1) of the magnet of the stirring body (2) lie parallel, and in some cases even coincide. Connected via the rigid coupling of a drive shaft (9) with a motor (6), the drive magnet (7) is driven.

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 beschriebenen drei Antriebsformen für einen Magnetrührer (Abb.lc) wird auf die DE102014004705B3 verwiesen. Dieser Schrift ist eine Magnetrührer-Antriebskonstruktion zu entnehmen, bei der die Antriebsmagnete, die auch quer zu ihrer Rotationsachse magnetisiert sind, nicht parallel zur Arbeitsplatte und nicht parallel zur Rotationebene des Rührmagneten rotieren. Die Kraftkopplung zwischen dem Rührkörper (Rührmagnet) und den die Rührbewegung antreibenden Antriebsmagneten ist aber auch hierbei die kraftaustauschende Interaktion zwischen zwei starken Dauermagneten (d.h. gegenüber einem Spulenantrieb effizienter). Hier hat dieser Antrieb aber gegenüber einem „sonst üblichen Magnetrührer“ das Potential für eine größere Kraftentwicklung, weil der Abstand zwischen den Magneten kleiner gehalten werden kann.To the last kind of to described three drive forms for a magnetic stirrer (Fig.lc) is on the DE102014004705B3 directed. This document is to be taken from a magnetic stirrer drive construction, in which the drive magnets, which are also magnetized transversely to its axis of rotation, not parallel to the work surface and not parallel to the Rotate the rotation plane of the stirring magnet. However, the force coupling between the stirring element (stirring magnet) and the driving magnet driving the stirring motion is in this case also the force-exchanging interaction between two strong permanent magnets (ie more efficient with respect to a coil drive). Here, however, this drive has the potential for greater force development compared to a "conventional magnetic stirrer", because the distance between the magnets can be kept smaller.

Anordnungen gemäß dieser DE102014004705B3 können insbesondere derart sein, dass ihre Rotationsachsen i.W., wie zeigt, von der Rotationsachse des Rührkörpers (also von innen) weg, radial nach außen zeigen. Die Rotationsachsen (15) (16) (18) (19) dieser Antriebsmagnete (14) stehen also senkrecht zur Rotationsachse (1) des Rührkörpers (2); die Rotationsebenen der (vier) Antriebsmagnete (14) stehen senkrecht zur Rotationsebene des Rührkörpers (1). Ein zur Aufstellfläche (55) (s. ) zu denkender Kreis (54) bzw. die Kreisfläche (oder Kreisebene) wird durch die (vier) Antriebsmagnete (51) (52) (56) (57) in vier gleich große Quadranten aufgeteilt. Entlang der Rotationsachse eines Antriebsmagneten (von außen jeweils in Richtung der zentral liegenden Rotationsachse (1) des Rührkörpers gesehen ( )) weisen alle Antriebsmagnete die gleiche Rotationsrichtung auf. Mit der Rotation der Antriebsmagnete (51) (52) (56) (57) entsteht ein starkes drehveränderliches magnetisches Feld, dem der Rührkörpermagnet (2) (50) folgt.Arrangements according to this DE102014004705B3 may in particular be such that their axes of rotation iW, such as shows, from the axis of rotation of the stirring body (ie from the inside) away, pointing radially outward. The axes of rotation (15) (16) (18) (19) of these drive magnets (14) are thus perpendicular to the axis of rotation (1) of the stirring body (2); the planes of rotation of the (four) drive magnets (14) are perpendicular to the plane of rotation of the stirring body (1). One to the footprint (55) (s. ) to be considered circle (54) or the circular area (or circle plane) is divided by the (four) drive magnets (51) (52) (56) (57) in four equal quadrants. Along the axis of rotation of a drive magnet (viewed from the outside in the direction of the central axis of rotation (1) of the stirring body ( )) all drive magnets have the same direction of rotation. With the rotation of the driving magnets (51) (52) (56) (57), a strong rotationally variable magnetic field is produced, followed by the stirring-body magnet (2) (50).

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. oder )Since the motor-driven "usual magnetic stirrers" (see Fig.lb), the rotating movement of a drive magnet (7) in a plane parallel to the worktop and thus parallel to the mounting plate (29), for which the freedom of movement of the drive magnet (7) In the entire plane (with at least the thickness of the drive magnet (7) and up to the radius of the drive magnet), parts of the axes of rotation (15) (16) (18) (19 ) formed quadrant free. (see, eg, or )

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 (a-c) eingesetzt werden, muss aber u.U. konstruktiv an die jeweils dadurch gegebenen Bedingungen angepasst werden. Die Erfindung soll im Folgenden besonders für die oben beschriebene Antriebsform gemäß beschrieben werden, ohne dass dadurch aber die Möglichkeiten der Erfindung ausschließlich darauf beschränkt werden sollen.As already stated, the invention described here in all the above-mentioned drive forms according to (ac) can be used, but may need to be adapted constructively to the respective conditions thereby given. The invention will be described below especially for the above-described drive form according to be described, but without thereby the possibilities of the invention are to be limited thereto.

soll im Folgenden zur Darstellung von erfindungsgemäßen Lösungen verwendet werden, wird aber von einer realen Ausführung noch weiter abstrahiert. Der Rührkörper ( , (50)) wird jetzt ( ) nicht mehr oder nur noch bei Bedarf gezeigt. Zu jedem der vier Antriebsmagnete (30) (31) (32) (34) mit den vier radial nach außen laufenden Rotationsachsen (30a) (31a) (32a) (33a) sind die Rotationsbewegungen (30b) (31b) (32b) (33b) angedeutet. Der gezeigte Kreis (34) ist eher als Hilfslinie zu sehen, denn als konstruktives Merkmal. Dieser Kreis kann eine nur gedachte Abgrenzung darstellen, kann in der Aufsicht aber auch eine Gefäßkontur sein, dessen Gefäßinneres (36) ein zu rührendes Medium enthalten kann oder kann einfach nur die (dafür evtl. weiter außenliegende) Grenze einer Heiz- oder Aufstellplatte sein. will be used below to illustrate solutions according to the invention, but is still further abstracted from a real version. The stirring body ( , (50)) will now ( ) no longer or only if necessary shown. To each of the four drive magnets (30) (31) (32) (34) with the four radially outward rotation axes (30a) (31a) (32a) (33a) are the rotational movements (30b) (31b) (32b) ( 33b) indicated. The circle shown (34) is more to be seen as a guide, because as a constructive feature. This circle may represent an imaginary demarcation, but may also be a vessel contour in the plan view, the vessel interior (36) may contain a medium to be stirred or may just be the (possibly further outward) boundary of a heating or mounting plate.

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 linksherum gezeigt). zeigt den in Frage stehenden Aufbau noch einmal in einer perspektivischen Darstellung.The rotational movements (30b) (31b) (32b) (33b) about the axes of rotation (30a) (31a) (32a) (33a) are in the same sense in the sense that when viewed along the rotation axes from the outside to the inside perpendicular to the illustration standing rotational axis (35) of the stirring body, the directions of rotation are the same in each case (in shown on the left). shows the structure in question again in a perspective view.

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 bzw. sollen sich in innerhalb der kreuzförmig dargestellten vierkantigen Schutzumhüllung (72) befinden. Beispielhaft ist ein Antriebsmagnet (51) seitlich, ein anderer Antriebsmagnet (57) von vorn sichtbar (gestrichelt) dargestellt. Die Rotationsachse (66) des von vorn sichtbaren Antriebsmagneten (57) führt hier eine mit (66) gekennzeichnete Rotation aus. Eine Antriebskopplung für die Antriebsmagnete (nicht dargestellt) ist im Kreuzungsbereich der vierkantigen Schutzumhüllung (72) zu denken.The drive magnets (51) (52) (56) (57) of the respectively. should be in inside the cross-shaped square protective sheath (72). By way of example, a drive magnet (51) is shown laterally, another drive magnet (57) visible from the front (dashed line). The rotation axis (66) of the drive magnet (57) visible from the front carries out a rotation marked (66) here. A drive coupling for the drive magnets (not shown) is to think in the crossing region of the four-edged protective sheath (72).

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 (Spulenantrieb) liegen zwar schon Spulen vor, für die aber Ansteuerung und evtl. die mechanischen Positionen geändert werden müssten; bei Antrieben gemäß („sonst übliche Magnetrührer“) sind i.a. zusätzliche Spulen, vor allem Spulen größerer Bauform, nur mit einem zusätzlichen großen konstruktiven Aufwand und einem vergrößerten Abstand zwischen Antriebsmagnet und Rührmagnet einzubringen. Bei dem gemäß beschriebenen Antrieb kann der freie Raum in den Quadranten für Funktionszusätze, insbesondere auch für eine drahtlose Kommunikation mit induktiver Kopplung oder zur Energieversorgung von Sensorelementen, auch innerhalb eines Mediums, problemlos genutzt werden.Coils (77) provide general interesting applications. Even larger coils can be easily positioned in the free area of the quadrant and directly under the mounting surface. For drives according to (Coil drive) are already coils, but for which control and possibly the mechanical positions would have to be changed; for drives according to ("Otherwise usual magnetic stirrer") are ia additional coils, especially coils larger design, only with an additional large design effort and an increased distance between the drive magnet and stirring magnet to bring. In accordance with described drive the free space in the quadrant for functional accessories, especially for wireless communication with inductive coupling or power supply of sensor elements, even within a medium, can be used easily.

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)
    erfolgen, oder
  • - 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
    erfolgen,
  • - wobei der letzte Fall auch als Frequenzmodulation ausgelegt werden kann.
A PWM setting for a control can
  • - at fixed frequency
    • ○ by varying the pulse duration (with resulting pulse pause) or
    • ○ by varying the pulse pause (with resulting pulse duration)
    done, or
  • - 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
    respectively,
  • - The last case can also be interpreted as frequency modulation.

zeigt spektrale Eigenschaften der ersten Frequenzkomponenten in PWM-Signalen mit einer Grundfrequenz f0 und ersten Oberwellen f1=2*f0 (91) und f2=3*f0 (92) in Abhängigkeit vom jeweiligen PWM-Verhältnis. Die Bestimmung dieser Frequenzkomponenten erfolgt aus der theoretisch vorgegebenen Funktion bekanntermaßen mittels Fourier-Transformation bzw. bei einer realen PWM-Signalfunktion mittels Frequenzanalysator. shows spectral characteristics of the first frequency components in PWM signals with a fundamental frequency f 0 and first harmonics f 1 = 2 * f 0 (91) and f 2 = 3 * f 0 (92) depending on the respective PWM ratio. The determination of these frequency components is carried out from the theoretically predetermined function, as is known, by means of Fourier transformation or, in the case of a real PWM signal function, by means of a frequency analyzer.

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 auch die bei einem definierten PWM-Wert sich ergebenden Amplituden zu den Frequenzkomponenten f1=2*f0 (91) und f2=3*f0 (92).The magnitude of the amplitudes and the phase position of the respective frequency component vary in each case depending on the PWM setting: The course of the first curve (90) represents, for example, the amplitude of the fundamental frequency component with the frequency f 0 in the PWM signal, if a certain PWM ratio is given (plotted on the abscissa from 0 to 1, PWM = 0 and PWM = 1 will not occur, however, because a pulse duration = 0 or a pulse break = 0 should be meaningless for real PWM applications). With this curve (90) comparable to interpret, shows also the resulting at a defined PWM value amplitudes to the frequency components f 1 = 2 * f 0 (91) and f 2 = 3 * f 0 (92).

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 f 0 = 125 kHz results in a typical RFID frequency. The device can then communicate with available transponders on this frequency. Data can be transmitted from the device with f 1 = 125kHz ASK modulated; Data from the transponder can be passed back to the device through load modulation. Thus, tasks such as accessory detections can only be accomplished using a PWM control. By means of a transponder, eg installed in the stirring fish or applied on the vessel (eg glued on) or imprinted, the base device can recognize and / or retrieve a process profile requested with it, etc.

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. ) kann eine Übertragung von Energie und Daten zu einer externen Sensoreinheit ablaufen.A frequency selection for the PWM signal of 31.25 kHz or 62.5 kHz is in an area in which an induction heating can be operated. This can be operated in combination with other applications in addition to a normal heating, even for an extending through glass vessels into the medium, also possibly replaceable attachable induction heater. About the same, provided for an induction heater coil (77) (see. ), transmission of power and data to an external sensor unit may occur.

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 ( DE2916078A1 ). Diese können aber nur funktionieren, wenn die Drahtlosverbindung über eine Freiraumstrecke (Luft) herzustellen ist; der Einsatz der gleichen Technik in Flüssigkeiten ist i.a. nicht möglich.For temperature measurements in a harsh or inaccessible environment, more generally in situations where temperature data must be transmitted wirelessly to an evaluation unit, various transponder designs are used in the prior art. Type and technique of this possibility are known. As an example of such transponders, constructions for acquiring temperature data, in particular using SAWs, are known which, among other things, enable temperature remote queries also into or out of a harsh and / or dangerous environment ( DE2916078A1 ). However, these can only work if the wireless connection is to be made via a free space route (air); the use of the same technique in liquids is generally not possible.

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 DE4440250A1 ist ein Magnetrührer bekannt, der durch das magnetische Feld der Rührvorrichtung eine elektrische Spannung zur Energieversorgung für die Messelektronik und der zugehörigen Komponenten im Rührkörper, wie Speicher, Sensoren, usw. induziert. Als Frequenz wird dort u.a. 135 kHz genannt, eine Frequenz, die im gegebenen Kontext noch uneingeschränkt genutzt werden kann. Über das magnetische Feld werden (neben der so realisierten Antriebsfunktion) also sowohl die Betriebsenergie für die Messelektronik, als auch Daten an diesen Rührkörper übertragen, in dem die Messelektronik mit allen Sensoren und der Rührmagnet eine funktionelle Einheit bilden und gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind. Oberflächenwellenresonatoren, Resonante Sensoren, Piezosensoren, frequenzanaloge Sensoren, insbesondere SAW-Sensoren werden in dieser DE4440250A1 nicht beschriebenFrom the already mentioned DE4440250A1 a magnetic stirrer is known which induced by the magnetic field of the stirring device, an electrical voltage for power supply for the measuring electronics and the associated components in the stirring body, such as memory, sensors, etc. Among other things, the frequency mentioned there is 135 kHz, a frequency that can still be used without restriction in the given context. On the magnetic field (in addition to the thus realized drive function) so both the operating energy for the measuring electronics, as well as data transmitted to this stirring body in which the measuring electronics form a functional unit with all sensors and the stirring magnet and are arranged together in a housing. Surface wave resonators, resonant sensors, piezo sensors, frequency-analog sensors, in particular SAW sensors are used in this DE4440250A1 not described

Aus der DE102012008611A1 und der DE102013010275B3 sind Magnetrührer bekannt, bei denen sich zur Bestimmung der Temperatur Temperatursensoren ( DE10201200861 1A1 ) und speziell SAW-Sensoren ( DE102013010275B3 ) an einem Rührmagneten im Rührmedium unmittelbar über einer beheizbaren Aufstellplatte befinden sollen. Der sich im Gefäß oder Behälter im zu rührenden Medium befindende Rührmagnet soll dort einen SAW-Sensor aufweisen, der mit einer längs um den Rührmagneten herum gewickelten Antenne (Spule mit induktiver Kopplung) direkt verbunden ist. Das Kernmaterial des Rührmagneten soll der Länge nach umwickelt sein, also eine „Schlaufe“ bilden, stellt also eine induktiv arbeitende Antenne dar. Eine solche in Längsrichtung um den länglichen, i.a. runden Stab-Magneten gewickelte Antennenspule kann im Medium um die Längsachse dieses Stab-Magneten frei rollen und weist einen unklaren, sich immer wieder verändernden, zufälligen Raumbezug auf, wodurch eine Verbindung zu einer anderen Antenne zufällig ist, immer wieder unterbrochen wird und nur kurzzeitig hergestellt bzw. bestehen kann. Die unmittelbare Nähe zu einer Flüssigkeit und/oder zu Metall, ein Magnetwerkstoff als Spulenkern (für den der Länge nach umwickelten Rührmagneten), usw. bereiten ebenfalls Probleme, wenn die für den SAW-Sensor zu übertragenden Signale höhere Frequenzen enthalten.From the DE102012008611A1 and the DE102013010275B3 magnetic stirrers are known in which temperature sensors ( DE10201200861 1A1 ) and especially SAW sensors ( DE102013010275B3 ) should be located on a stirring magnet in the stirring medium immediately above a heated mounting plate. The stirring magnet located in the vessel or container in the medium to be stirred should have a SAW sensor there, which is directly connected to an antenna (coil with inductive coupling) wound longitudinally around the stirring magnet. The core material of the stirring magnet should be wrapped lengthwise, thus form a "loop", thus represents an inductively operating antenna. Such in the longitudinal direction to the elongated, generally round rod magnet wound antenna coil can in the medium about the longitudinal axis of this rod Rolling magnets free and pointing an unclear, over and over again changing, random spatial reference, whereby a connection to another antenna is random, is interrupted again and again and can only be made or exist for a short time. Immediate proximity to a liquid and / or metal, a magnet material as a coil core (for the lengthwise wound stirring magnet), etc. also present problems when the signals to be transmitted for the SAW sensor contain higher frequencies.

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 claim 1.

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.
In particular, by the fact that
  • - 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

  • die im Stand der Technik bekannten Antriebsformen von Magnetrührern, auch die eines reinen Magnetspulenantriebs ( ),
  • die im Stand der Technik bekannte Antriebsform der „sonst üblichen Magnetrührer“
  • bis die im Stand der Technik bekannte Form eines „ quadrantenerzeugenden Antriebs“ zeigen, und in einer Aufsicht und in einer räumlichen Seitenansicht,
  • . und zeigen die spektralen Eigenschaften eines PWM-Signals, die für die Erfindung relevant sind. Anhand dieser bis wurden oben die Thematiken eingeordnet und bereits beschrieben; weitergehend stellen die folgenden Abbildungen dar:
  • zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung
  • zeigt eine an der Blockschaltung der orientierte Ausführung einer erfindungsgemäßen, SAW-Sensoren nutzenden, Sensoranordnung
  • zeigt eine andere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung
The invention will be illustrated below with reference to the accompanying drawings using the example of a sensor in the agitator and using a sensor that can also use a SAW sensor element will be explained. Show for that
  • the known in the prior art drive forms of magnetic stirrers, even those of a pure magnetic coil drive ( )
  • the known in the prior art drive form the "usual magnetic stirrer"
  • to show the form of a "quadrant-generating drive" known in the prior art, and in a supervision and in a spatial side view,
  • , and show the spectral characteristics of a PWM signal that are relevant to the invention. Based on this to the topics were arranged and already described above; further, the following figures show:
  • shows a block diagram of an inventive arrangement
  • shows one at the block circuit of oriented embodiment of a sensor arrangement according to the invention, using SAW sensors
  • shows another embodiment of an inventive arrangement

zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Verbindung zwischen Rührkörper und Gerätebasis relativ niederfrequent abläuft und (als notwendige Voraussetzung für eine hohe Sensor-Sensitivität) die Sensorik auf dem Rührkörper mit einer sehr hohen Signalfrequenz arbeitet. Relativ niederfrequent meint, dass die Übertragung von Energie und Daten zwischen Rührkörper und Gerätebasis mit Frequenzen erfolgt, die deutlich unterhalb der von der Sensorik auf dem Rührkörper genutzten Signalfrequenz liegen, die z.B. oberhalb von 10MHz bis in den oberen GHz-Bericht hinein liegen kann, was tiefere Frequenzen nicht ausschließt. Für die Übertragung von Energie und Daten zwischen Rührkörper und Gerätebasis können z.B. Signalfrequenzen bis 150kHz genutzt werden, was höhere Frequenzen aber nicht ausschließt. shows the block diagram of an arrangement according to the invention, in which the connection between the stirring body and device base is relatively low-frequency and (as a necessary condition for a high sensor sensitivity), the sensor operates on the stirring body with a very high signal frequency. Relatively low frequency means that the transmission of energy and data between the stirring body and the device base takes place at frequencies that are significantly below the signal frequency used by the sensor system on the stirring body, which may be above 10 MHz, for example, into the upper GHz report lower frequencies does not exclude. For the transmission of energy and data between stirrer and device base, for example, signal frequencies up to 150kHz can be used, which does not preclude higher frequencies.

Oberhalb des Blockschaltbildes der sind mit den Bezeichnern (108) (109) die Frequenzbereiche; angedeutet mit LF (108) eine niederfrequente Verbindung für die Versorgung und die Datenübertragung vom Basisgerät zum Rührkörper. In der Mitte, angedeutet mit HF (109), liegt der hochfrequent arbeitende Teil der Sensorik bzw. Schaltung, der sich vollständig auf dem Rührkörper befindet, auf der rechten Seite, wieder mit LF (108) bezeichnet, liegt der zweite Schaltungsteil der niederfrequent arbeitet und die Verbindung vom Rührkörper in Richtung des Gerätes darstellt.Above the block diagram of the are with the identifiers ( 108 ) ( 109 ) the frequency ranges; indicated with LF ( 108 ) a low-frequency connection for the supply and the data transmission from the base unit to the stirring body. In the middle, indicated with HF ( 109 ), is the high-frequency operating part of the sensor or circuit that is completely on the agitator, on the right side, again with LF ( 108 ), the second circuit part is the low-frequency operates and represents the connection from the stirring body in the direction of the device.

Der primärseitige (geräteseitige) Teil der Schaltung, der auch die Versorgung der Schaltung übernimmt, ist insgesamt mit (100) (links) bezeichnet. Auf dieser Geräteseite (100) wird ein geeignetes PWM-Signal (102) erzeugt, das die oben dargestellten spektralen Eigenschaften haben soll, indem der PWM-Wert von der Gerätebasis nach Bedarf manipuliert wird. Eine Aufbereitung (101) übersetzt das PWM-Signal in einen Strom, der in einer Spule (103), die auch als Antenne gesehen werden kann, in ein elektromagnetisches Feld für eine induktive Übertragung gewandelt wird. Auf der nicht näher dargestellten Übertragungsstrecke (104) erfolgt die Verbindung zu einer zweiten Spule (113), die aus dem elektromagnetischen Feld eine Spannung induziert. Dies stellt praktisch eine Transformatorkopplung dar, wobei die Frequenzwahl (durch die Frequenz des PWM-Signals (102)) so niederfrequent erfolgt, dass die in der Umgebung der Übertragungsstrecke vorhandenen Materialien sich noch nicht stark dämpfend auswirken können. Diese Frequenz ist allerdings i.a. für Sensorfunktionen, insbesondere für SAW-Sensoren, viel zu klein.The primary-side (device-side) part of the circuit, which also takes over the supply of the circuit, is in total with ( 100 ) (left). On this side of the device ( 100 ), a suitable PWM signal ( 102 ) which is to have the spectral characteristics presented above by manipulating the PWM value from the device base as needed. A preparation ( 101 ) translates the PWM signal into a current that is in a coil ( 103 ), which can also be seen as an antenna, is converted into an electromagnetic field for inductive transmission. On the transmission link, not shown ( 104 ) the connection to a second coil ( 113 ) which induces a voltage from the electromagnetic field. This practically represents a transformer coupling, wherein the frequency selection (by the frequency of the PWM signal ( 102 )) is so low-frequency that the materials present in the vicinity of the transmission path can not yet have a strong damping effect. However, this frequency is much too small for sensor functions, especially for SAW sensors.

Eine empfangsseitig (sekundärseitig) vorhandene Schaltung (111) erzeugt aus dem empfangenen Signal ein Signal (112), das die spektralen Eigenschaften des PWM Signals, das von der Gerätebasis übertragen wurde, widerspiegelt. Die Sekundär- bzw. Empfangsspule (113), die Aufbereitung, (111) und das gewonnene Signal (112) gehören bereits zur Elektronik des Rührkörpers bzw. stehen dort zur Verfügung.A receiving side (secondary side) existing circuit ( 111 ) generates a signal from the received signal ( 112 ) reflecting the spectral characteristics of the PWM signal transmitted from the device base. The secondary or receiver coil ( 113 ), the preparation, ( 111 ) and the signal obtained ( 112 ) already belong to the electronics of the stirring element or are available there.

Die Empfangsspule (113) muss derart um den Rührkörper herumgewickelt werden, dass die Wicklungen nicht längs um den Rührkörper herumgeführt werden, denn bekanntermaßen muss die von der Spule (113) umwickelte Fläche i.W. senkrecht vom elektromagnetischen Feld durchflutet werden, um eine effiziente Energieentnahme aus dem elektromagnetischen Feld zu erreichen. Da das bei einer um den Rührkörper (der im Medium um die Längsachse frei rollen kann) längsgewickelten Spule nicht sichergestellt ist, ist eine längs um den Rührmagneten bzw. Rührkörper herum gewickelte Spule technisch nicht so sonderlich sinnvoll.The receiver coil ( 113 ) must be wrapped around the agitating body so that the windings are not guided longitudinally around the agitating body, because it is well known that that of the spool ( 113 ) wrapped around the surface perpendicular to the electromagnetic field in order to achieve efficient energy extraction from the electromagnetic field. Since this is not ensured at a coil wound longitudinally around the stirring body (which can roll freely in the medium about the longitudinal axis), a coil wound longitudinally about the stirring magnet or agitating body is not so technically particularly useful.

Aus dem so empfangenen PWM-Signal (112), werden in der beschriebenen Art und Weise nunmehr die geeigneten bzw. benötigten Komponenten gewonnen. Dafür sind die Funktionen der Blöcke (114) (115) (116), die unmittelbar auf die Aufbereitung angeschlossen dargestellt sind, vorgesehen.From the received PWM signal ( 112 ), the appropriate or required components are now obtained in the manner described. For this, the functions of the blocks ( 114 ) ( 115 ) ( 116 ), which are shown connected directly to the treatment provided.

Als wichtigste Komponente für die Rührkörperschaltung insgesamt, wird eine der Versorgung dienende Spannung (117) aus der Grundfrequenzkomponente des PWM-Signals (102) (112) mit der Frequenz f0 gewonnen. Dafür ist der Funktionsblock (114) dargestellt, der evtl. auch für eine evtl. auf dieser Frequenz f0 vorgesehene Kommunikation verantwortlich ist.As the most important component for the stirring element circuit as a whole, a supply voltage is used ( 117 ) from the fundamental frequency component of the PWM signal ( 102 ) ( 112 ) with the frequency f 0 won. For this the function block ( 114 ), which may also be responsible for any communication intended for this frequency f 0 .

Die Blöcke (115) und (116) können anwendungsabhängige unterschiedliche Funktionen repräsentieren: Ein erster Block, z.B. (115), kann die Funktion repräsentieren, auf der PWM-Frequenz f1 Daten (z.B. ASK-moduliert) zu empfangen und/oder (z.B. durch Lastmodulation) an die Gerätebasis zurückzusenden (also eine typische RFID-Anwendung realisieren). Ein zweiter Block, z.B. (116), kann die Funktion repräsentieren, aus dem empfangenen PWM-Signal (112) die Frequenzkomponente f2 bereitzustellen, um aus dieser Frequenz f2 als Referenz mittels einer PLL-Schaltung ein erstes hochfrequentes Signal zu generieren. Das kann einen der im Folgenden beschriebenen Generatoren (118) (119) einsparen und/oder die im Folgenden beschriebenen und genutzten digitalen Schwebungssignale bezüglich ihrer Phasenlage auch absolut zugänglich machen.The blocks ( 115 ) and ( 116 ) can represent application-dependent different functions: a first block, eg ( 115 ), the function may represent receiving data (eg ASK-modulated) on the PWM frequency f 1 and / or (eg by load modulation) returning it to the device base (ie realizing a typical RFID application). A second block, eg ( 116 ), the function can represent, from the received PWM signal ( 112 ) to provide the frequency component f 2 to generate from this frequency f 2 as a reference by means of a PLL circuit, a first high-frequency signal. This can be one of the generators described below ( 118 ) ( 119 ) and / or those described below and used digital beat signals in terms of their phase position also make absolutely accessible.

Die Spannung (117) versorgt (hier in der ) u.a. auch die beiden Taktgeneratoren (118) (119), die ein digitales Signal hoher Frequenz (z.B. 50MHz) erzeugen, wobei das Signal des ersten Generators (118) als Messsignal eingesetzt wird. Die eigentliche Messung wird durch Laufzeitmessungen dieses Signals des ersten Generators entlang mehrerer Signalwege bzw. Signalzweige bzw. Signalstrecken (121) (122) (123) realisiert. Die Signallaufzeiten auf den Signalzweigen relativ zueinander repräsentieren den eigentlichen Zielparameter bzw. Messwert.The voltage ( 117 ) (here in the ) including the two clock generators ( 118 ) ( 119 ) generating a high frequency digital signal (eg 50MHz), the signal of the first generator ( 118 ) is used as a measurement signal. The actual measurement is made by transit time measurements of this signal of the first generator along several signal paths or signal branches or signal paths ( 121 ) ( 122 ) ( 123 ) realized. The signal propagation times on the signal branches relative to one another represent the actual target parameter or measured value.

Aus der DE10233604 der Anmelderin ist eine dort so genannte digitale Schwebung zu entnehmen, mit der sensorische Aufgaben der hier beschriebenen Art durch Laufzeitmessungen gelöst werden können (und die hier eingesetzt werden). Indem ein erstes digitales Signal mit einer ersten Frequenz über mehrere Signalwege als Laufzeitstrecken geschickt wird, von denen einige als Referenzwege, andere als Messwege genutzt werden, und - diesen Laufzeitstrecken nachgeschaltet - mittels eines zweiten Generatorsignals digitale Schwebungssignale gebildet werden, kann aus der relativen Phasenlage der digitalen Schwebungssignale zueinander ein Zielparameter höchst genau bestimmt werden.From the DE10233604 the Applicant can be seen there a so-called digital beat, with the sensory tasks of the type described here can be solved by runtime measurements (and used here). By sending a first digital signal with a first frequency over several signal paths as run-time paths, some of which are used as reference paths, others as measuring paths, and - downstream of these run-time paths - digital beat signals are formed by a second generator signal, can from the relative phase of digital beat signals to each other a target parameters are determined very accurately.

In dieser Schaltung der wird (nur als ein Beispiel zu sehen) ein Zweig (121) als eine (erste) Referenzstrecke genutzt und zwei weitere (hier nur als Blöcke angedeutet) Messzweige (122) (123) als eigentliche Messstrecken. Jedem Signalzweig (121) (122) (123) ist jeweils ein D-FlipFlop (124) (125) (126) nachgeschaltet, das unter Nutzung des Signals des zweiten Generators (119) eine digitale Schwebung ausbildet; diese mit den D-FlopFlops (124) (125) (126) ausgebildeten digitalen Schwebungssignale haben eine Frequenz, die exakt der Frequenzdifferenz der beiden Generatoren (118) (119) entspricht, sind also niederfrequent; die Phasenlage der digitalen Schwebungssignale untereinander repräsentieren die Phasenlagen des hochfrequenten Messsignals vom Generator (118) nach dem Durchlauf der drei Signalstrecken (121) (122) (123).In this circuit the becomes (just as an example to see) a branch ( 121 ) is used as a (first) reference path and two further (here only indicated as blocks) measuring branches ( 122 ) ( 123 ) as actual measuring sections. Each signal branch ( 121 ) ( 122 ) ( 123 ) is a D flip-flop ( 124 ) ( 125 ) ( 126 ), which, using the signal of the second generator ( 119 ) forms a digital beat; these with the D-flop flops ( 124 ) ( 125 ) ( 126 ) formed digital beat signals have a frequency which exactly the frequency difference of the two generators ( 118 ) ( 119 ) are therefore low frequency; the phase position of the digital beat signals among themselves represent the phase positions of the high-frequency measurement signal from the generator ( 118 ) after passing through the three signal paths ( 121 ) ( 122 ) ( 123 ).

Damit ist das Signal, das über die Strecke (121) direkt vom Generator (118) auf ein erstes D-Flipflop (124) geleitet wird und dort i.a. zeitlich zuerst ankommt, eine allgemeine Referenz. In ihr repräsentiert sich jeweils die Phasenlage der beiden hochfrequenten Taktsignale zueinander.This is the signal that is transmitted over the track ( 121 ) directly from the generator ( 118 ) to a first D flip-flop ( 124 ), where it arrives first in time, a general reference. In each case represents the phase position of the two high-frequency clock signals to each other.

Nur als Beispiel soll im Folgenden angenommen sein, dass die Strecke (122) als Messtrecke eingesetzt sein soll, die Strecke (123) als eine weitere Referenzstrecke. (Die Referenzstrecke (123) soll dabei als Referenz bzgl. der Messstrecke (122) aufgefasst werden; das direkt über eine Strecke (121) ohne Sensorelement einem D-FlipFlop (124) zugeleitete Signal des Generators (118) spiegelt die Phasenlage der Generatorsignale insgesamt wieder).By way of example only, it shall be assumed below that the route ( 122 ) should be used as a measuring route, the route ( 123 ) as another reference link. (The reference route ( 123 ) is intended as a reference with respect to the measuring section ( 122 ); directly over a stretch ( 121 ) without sensor element a D flip-flop ( 124 ) signal of the generator ( 118 ) reflects the phase position of the generator signals in total).

Das (eine) Signal des Generators (118) durchläuft also die drei Strecken (121) (122) (123) und wird auf diesen Leitungen um einen gewissen Betrag verzögert. Die Verzögerung auf der Strecke (121) ist gering, dennoch vorhanden. Die Signalverzögerung auf der Messstrecke (122) ist eine von den Eigenschaften der Strecke, zudem von einem zu messenden Parameter abhängige, größere Signalverzögerung als die Signalverzögerung auf der Referenzstrecke (121). Die Referenzstrecke (123) wird genutzt, um einen Messwert bzgl. der Messstrecke (122) zu bilden und kann z.B. die maximale Laufzeitverzögerung auf der vergleichbaren Strecke widergeben.The signal (s) of the generator ( 118 ) goes through the three routes ( 121 ) ( 122 ) ( 123 ) and is delayed on these lines by a certain amount. The delay on the track ( 121 ) is low, yet present. The signal delay on the measuring section ( 122 ) is a signal delay which depends on the properties of the track, and moreover on a parameter to be measured, than the signal delay on the reference track (FIG. 121 ). The reference route ( 123 ) is used to calculate a measured value with respect to the measuring path ( 122 ) and can, for example, reflect the maximum propagation delay on the comparable route.

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 (124) (125) (126) vorgesehen.Of course, the number of these measuring sections (here three) can be extended by additionally inserting several measuring sections or several reference sections. The processing of the high-frequency signals on the stirring body is the same in all cases. For each measuring section, a D flip-flop ( 124 ) ( 125 ) ( 126 ) intended.

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 (118) (119) (vom ersten Generator (118) nach Durchlauf der Verzögerungsstrecken) repräsentieren. Diese niederfrequenten Schwebungssignale werden über die Strecke (105) an eine Einheit auf der Geräteseite übertragen, dargestellt durch den Block (106). Das dort empfangene Signal (107) steht dem Gerät zur Auswertung zur Verfügung.In the following diagrams, the symbol of a multiplier is used for these D flip-flops, but this is to be understood as equivalent. A multiplier (eg a Gilbert cell) can process analog and digital signals, a D flip flop requires digital signals. Here it is only important that at the outputs of the D-flip-flops (or multiplier), a low-frequency signal is generated in each of which the phase angles of the signals of the two generators ( 118 ) ( 119 ) (from the first generator ( 118 ) after passing the delay lines). These low-frequency beat signals are transmitted over the track ( 105 ) to a unit on the equipment side, represented by the block ( 106 ). The signal received there ( 107 ) is available to the device for evaluation.

In dieser Darstellung der ist hinter jedem D-Flipflop (124), (125), (126) jeweils eine Komponente (127) (128) (129) gezeigt, die das jeweilige digitale Schwebungssignal an die Gerätebasis übertragen soll. Wie später noch gezeigt wird, kann das auch oft mit einem einzelnen Signal erfolgen; hier wird die Übertragung getrennt dargestellt, um die Funktionsdarstellung zu vereinfachen.In this presentation of the is behind every D flip flop ( 124 ) 125 ) 126 ) one component each ( 127 ) ( 128 ) ( 129 ) which is to transmit the respective digital beat signal to the device base. As will be shown later, this can often be done with a single signal; Here, the transmission is shown separately to simplify the functional representation.

zeigt eine an der Blockschaltung der orientierte erfindungsgemäße Ausführung: shows one at the block circuit of oriented embodiment according to the invention:

Die Übertragung vom Gerät zum Sensor bzw. Rührkörper (180) erfolgt niederfrequent. Die Komponenten für diese Übertragung bzw. der dafür vorgesehene Funktionsbereich ist mit LF (204) gekennzeichnet.The transmission from the device to the sensor or stirring element ( 180 ) is low frequency. The Components for this transmission or the functional area intended for this purpose are with LF ( 204 ).

Von einem basisgeräteseitigen Generator (173) wird ein PWM-Signal mit einer definierten Frequenz bzw. Periode (170) und einer variablen Pulsdauer (171) erzeugt, aufbereitet (174), z.B. verstärkt, und einer primärseitigen Transformatorspule (176) zugeführt. Der dargestellte GND-Bezug (175) ist dem Basisgerät zuzuordnen. Diese Geräteseite (wie im Blockschaltbild auch hier auf der linken Seite) wird durch die dargestellte Begrenzung und Pfeile (172) dargestellt; vergleichbar die Sensorseite durch die dargestellte Begrenzung und Pfeile (178).From a base-site generator ( 173 ) is a PWM signal with a defined frequency or period ( 170 ) and a variable pulse duration ( 171 ), prepared ( 174 ), eg reinforced, and a primary-side transformer coil ( 176 ). The illustrated GND reference ( 175 ) is assigned to the base unit. This side of the device (as in the block diagram also on the left side) is indicated by the boundary and arrows ( 172 shown); comparable to the sensor side through the illustrated boundary and arrows ( 178 ).

Die Kopplung (177) zwischen Basisgerät und Sensor erfolgt induktiv über die Übertragungsstrecke (177) (in der u.a. das Material der Aufstellplatte, das Glas des Aufstellgefäßes, Teile des Mediums, usw. liegen) mittels Spulen (Induktivitäten). Die induktiv-transformatorische Kopplung (177) mittels Spulen erfolgt primär- (176) und sekundärseitig (179) auf einer so niedrigen Frequenz (z.B. 62,5kHz), dass durch die im Bereich der Übertragungsstrecke (177) liegenden Materialien keine wesentliche Dämpfung die Übertragung einschränken kann. Der gegebene Energie- und Datentransport vom Basisgerät zum Sensor wird mit Pfeil (178) dargestellt.The coupling ( 177 ) between the base unit and the sensor takes place inductively via the transmission path ( 177 ) (in which inter alia the material of the mounting plate, the glass of the Aufstellgefäßes, parts of the medium, etc. are) by means of coils (inductors). The inductive-transformer coupling ( 177 ) by means of coils primary ( 176 ) and secondary ( 179 ) at such a low frequency (eg 62.5kHz) that by the in the range of the transmission line ( 177 ) materials can not restrict substantial transmission loss. The given energy and data transport from the base unit to the sensor is indicated by arrow ( 178 ).

Sensorseitig (178) erzeugt eine Komponente (181) aus dem mit der Spule (179) empfangenen PWM Signal eine Spannung zur Versorgung (183) der Sensor-Schaltung, was z.B. einfach nur durch Gleichrichtung und Siebung des empfangenen Signals erfolgen kann. Diese gleiche Komponente (181) kann Daten in Form von Phasensprüngen auf der Grundfrequenz fo extrahieren, die durch evtl. vom Basisgerät gezielt vorgenommene PWM-Signal-Manipulationen stammen. Aus diesem Datenkanal können z.B. Broadcastsendungen vom Basisgerät empfangen und dem Sensor bereitgestellt werden, ohne den Energietransport auf der Grundfrequenz zu stören.Sensor side ( 178 ) creates a component ( 181 ) from the one with the coil ( 179 ) received PWM signal a voltage for supply ( 183 ) of the sensor circuit, which can be done simply by rectification and screening of the received signal, for example. This same component ( 181 ) can extract data in the form of phase jumps at the fundamental frequency f o, which may be due to PWM signal manipulations that may have been deliberately performed by the base unit. From this data channel, for example, broadcasts can be received by the base unit and provided to the sensor without disturbing the energy transport at the fundamental frequency.

Eine zweite sensorseitige Komponente (182) gewinnt aus dem empfangenen PWM-Signal aus der ersten Oberwelle mit der Frequenz f1 und der Phasenlage φ1 Daten eines zweiten Datenkanals, über den das Gerät kommunizieren will. Aus diesem Signal kann aber auch, z.B. mittels eines PLL-Generators, ein erstes hochfrequentes Signal erzeugt werden, so dass einer der hier benötigten Generatoren (184), (185) evtl. auch entfallen könnte. Die Versorgung (183) wird genutzt, um die beiden Generatoren (184) und (185) und auch den Rest der Sensorschaltung zu betreiben. A second sensor-side component ( 182 ) obtains from the received PWM signal from the first harmonic at the frequency f 1 and the phase position φ 1 data of a second data channel over which the device wants to communicate. From this signal but also, for example by means of a PLL generator, a first high-frequency signal can be generated, so that one of the generators required here ( 184 ) 185 ) could possibly be omitted. The supply ( 183 ) is used to connect the two generators ( 184 ) and ( 185 ) and also to operate the rest of the sensor circuit.

Das Signal eines ersten Generators (184) (der z.B. eine Fläche von 2x2mm aufweist und einen Versorgungsstrom von weniger als 1mA benötigt um ein digitales Taktsignal mit einer Frequenz von z.B. 50MHz zu erzeugen) wird hier für eine Laufzeitmessung auf drei Strecken verwendet: Wie schon zum Blockschaltbild der dargestellt, durchläuft dieses Signal (186)

  • - 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.
The signal of a first generator ( 184 ) (which has an area of 2x2mm and a supply current of less than 1mA to generate a digital clock signal with a frequency of 50MHz, for example) is used here for a transit time measurement on three routes: As for the block diagram of represented, passes through this signal ( 186 )
  • - 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 (187) (188) erzeugen also aus dem Taktsignal des ersten Generators (184), zwei relativ zueinander laufzeitverzögerte Signale, die an sich ein gleiches Laufzeitverhalten zeigen, wenn alle einwirkenden Parameter gleich sind. Wird der als Referenz verwendete Sensor, z.B. durch eine Isolation, vom Messparameter getrennt, dann sind in der Laufzeit von diesem Referenzsensor zwar noch alle anderen Parameter wirksam, aber nicht mehr der Zielparameter. Der Unterschied in den Laufzeiten vom Messsensor und vom Referenzsensor wird damit i.W. nur noch vom eigentlichen Zielparameter bestimmt; von anderen Parametern verursachte Laufzeitveränderungen sind i.W. bei beiden SAW-Sensoren gleich. (Diesbezüglich ist die Zuordnung der SAW-Sensoren zu einer Referenz und/oder einem Messzweig also austauschbar)Depending on the conditions for the respective SAW sensor, the transit times that occur are influenced by all essential parameters; This includes, among other things, the temperature. The two SAW sensors ( 187 ) ( 188 ) generate from the clock signal of the first generator ( 184 ), two signals delay-delayed relative to one another, which in themselves show the same run-time behavior if all the influencing parameters are equal. If the sensor used as a reference is separated from the measuring parameter, eg by insulation, then all other parameters are still effective during the runtime of this reference sensor, but not the target parameter. The difference in the transit times of the measuring sensor and the reference sensor is thus determined iW only the actual target parameter; Runtime changes caused by other parameters are the same for both SAW sensors. (In this regard, the assignment of the SAW sensors to a reference and / or a measurement branch is therefore interchangeable)

Die Mischstufen (drei Multiplizierer (195) (196) (200)) an den Enden der Signalstrecken bilden aus den laufzeitbedingt verzögerten digitalen Signalen und unter Nutzung des Signals des zweiten Taktgenerators (185) drei niederfrequente digitale Schwebungssignale aus:

  • - 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.
The mixing stages (three multipliers ( 195 ) ( 196 ) ( 200 )) at the ends of the signal lines form from the delay-conditioned delayed digital signals and using the signal of the second clock generator ( 185 ) three low-frequency digital beat signals from:
  • - 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. (198) (199)) auf die Geräteseite übertragen. Diese Signale könnten auch wieder durch eine Transformatorkopplung auf die Geräteseite übertragen werden, dabei hätte man aber evtl. das Problem, dass man mit der induktiven Kopplung auf der linken Seite (177) in Konflikt kommen könnte. Dies stellt kein prinzipielles Problem dar, wird aber hier zwecks einer einfacheren Darstellung vermieden. Auf der Empfangsseite des Geräts ist nur eine einfache Empfangsdiode (201) dargestellt, die in gewohnter Weise mit einem Vorwiderstand (202) verschaltet, das zu übertragende Signal bereitstellt.The low-frequency beat signals are (here only by way of example) with light emitting diodes (eg ( 198 ) ( 199 )) to the device side. These signals could also be transmitted to the device side again by a transformer coupling, but one might have the problem that with the inductive coupling on the left side ( 177 ) could come into conflict. This is not a fundamental problem, but is avoided here for ease of illustration. On the receiving side of the device is only a simple receiving diode ( 201 ), which in the usual way with a series resistor ( 202 ), which provides the signal to be transmitted.

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 (196) bereitgestellt wird, schaltet eine einzelne LED insgesamt ein oder aus, indem der Vorwiderstand der LED auf GND gezogen wird. Die von den Mischstufen (196) (200) kommenden Schwebungssignale, in denen sich die Laufzeiten der über die SAW-Bauteile laufenden Signale relativ zu dieser Referenz darstellen, werden mit einem XOR-Gatter (209) verknüpft. Am Ausgang des XOR-Gatters liegt mit dem Puls (208), in dessen Dauer sich der Laufzeitunterschied auf den beiden SAW-Sensoren, bezogen auf eine HF-Periode, repräsentiert, ein Messwert für den Zielparameter vor, ist jetzt aber auf die (kleine) Differenzfrequenz der verwendeten Taktgeneratoren transformiert. Für die Dauer dieses Pulses (208) wird die einzelne LED einschaltet, was sich mit der Schwebungssignalperiode (207) der Differenzfrequenz wiederholt.As an example of a possible single-channel signal transmission, Fig. 8 'shows the digital beat signals in a pulse diagram: the beating signal used as a reference, which is transmitted by the mixer ( 196 ), turns on or off a single LED as a whole by pulling the series resistor of the LED to GND. Those of the mixing stages ( 196 ) ( 200 ) in which the propagation times of the signals passing through the SAW components relative to this reference are represented by an XOR gate ( 209 ) connected. At the output of the XOR gate lies with the pulse ( 208 ), in the duration of which the transit time difference on the two SAW sensors, based on an RF period, represents a measured value for the target parameter, but is now transformed to the (small) difference frequency of the clock generators used. For the duration of this pulse ( 208 ), the single LED turns on, which coincides with the beating signal period ( 207 ) the difference frequency repeated.

Bei einer Taktsignalfrequenz von z.B. 50MHz (und bei z.B. einer Differenzfrequenz von z.B. 1kHz), die von den Taktgeneratoren (184) (185) erzeugt werden, entstehen digitale Schwebungssignale mit 1kHz (1ms Periode). Die erreichbare zeitliche Auflösung für die Laufzeitbestimmung liegt damit theoretisch bei 0,4ps (bezogen auf die HF-Taktperiode von 20ns), d.h. im digitalen Schwebungssignal mit einer Periode von 1ms bei ca. 2ns, was i.a. schon wegen der Bandbegrenzung der Übertragungsstrecke nicht mehr übertragen werden kann. Auflösungsbegrenzend sind also nur die Eigenschaften der Übertragungsstrecke selbst, was aber i.a. noch oberhalb einer mit den üblichen ADCs erreichbaren Auflösung liegt.At a clock signal frequency of, for example, 50 MHz (and, for example, a difference frequency of, for example, 1 kHz), that of the clock generators ( 184 ) ( 185 ), digital beat signals are generated at 1kHz (1ms period). The achievable temporal resolution for the transit time determination is thus theoretically at 0.4ps (based on the RF clock period of 20ns), ie in the digital beat signal with a period of 1ms at about 2ns, which is not transmitted because of the band limitation of the transmission link can be. Resolution-limiting are thus only the properties of the transmission path itself, but this is generally above a resolution achievable with the usual ADCs.

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 ist zudem der Aufwand klein bzw. der mechanische Aufbau leicht zu bewerkstelligen, bei einem Magnetrührer mit einem Antrieb gemäß ist zumindest der mechanische Aufbau etwas schwieriger, aber nicht unlösbar.Only with the use of the technique according to the invention is the use of SAW sensors achieved with their great potential applications. It should be noted at this point that the inventive technique has a seemingly complicated background, but in general can be realized without much effort. For a magnetic stirrer with a drive according to Fig.1a or In addition, the effort is small or the mechanical structure easy to do, in a magnetic stirrer with a drive according to At least the mechanical structure is a bit more difficult but not impossible to solve.

zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung bzw. Schaltung, in der ebenfalls SAW-Sensoren, aber auch ganz elementare RC-Sensoren eingesetzt werden können; oben wieder mit der Abgrenzung (LF) der niederfrequent arbeitenden Bereiche für eine Übertragung von Energie und Daten zwischen Basisgerät und Rührkörper und durch (HF) abgegrenzt, der hochfrequenzseitig arbeitende Bereich zur Nutzung der SAW-Sensoren im Rührkörper. shows a further embodiment of the invention or circuit in which also SAW sensors, but also very elementary RC sensors can be used; top again with the delimitation (LF) of the low-frequency operating areas for transmission of energy and data between base unit and stirrer and by (HF) delimited, the high-frequency side working area for use of the SAW sensors in the stirring body.

Der basisgeräteseitig primäre Schaltungsteil, in insgesamt mit (151) bezeichnet, besteht aus einem Generator zur Erzeugung eines PWM-Signals (150), einer (Verstärker-) Anpassung und der primärseitigen Spule einer als Transformator aufgefassten Verbindung. Die beiden Spulen aus der werden hier also als die primärseitige und sekundärseitige Wicklung eines Transformators aufgefasst. Die Übertragung erfolgt, wie schon zur dargestellt, über eine nicht näher definierte Strecke (152) drahtlos zwischen einer geräteseitigen, als Spule ausgelegten Sendeantenne zu einer rührkörperseitig als Spule ausgelegten Empfangsantenne. The base unit side primary circuit part, in total with ( 151 ) consists of a generator for generating a PWM signal ( 150 ), a (amplifier) adaptation and the primary-side coil of a connection conceived as a transformer. The two coils from the So here are understood as the primary-side and secondary-side winding of a transformer. The transmission takes place, as already for represented over an unspecified route ( 152 ) Wirelessly between a device-side, designed as a coil transmitting antenna to a rührkörperseitig designed as a coil receiving antenna.

Geräteseitig wird ein PWM-Signal (150) erzeugt, mit Eigenschaften, die oben als Grundlagen dargestellt worden sind. Aus der sekundären Transformatorspule entnommen, entnehmen die beiden Komponenten (153) (154) in der bereits zur beschriebenen Art und Weise aus der Frequenzkomponente f0 (153) sowohl die Bereitstellung der Energieversorgung, als auch eine der Datenübertragung dienende Phasendemodulation.On the device side, a PWM signal ( 150 ), with properties that have been presented above as bases. Removed from the secondary transformer coil, the two components ( 153 ) ( 154 ) in the already described manner from the frequency component f 0 ( 153 ) both the provision of the power supply, as well as a data transmission phase demodulation.

Die Nutzung der zweiten Frequenzkomponente (154) mit der Frequenz f1 und der Phasenlage φ1 durch die Komponente (154) kann einen zweiten Datenkanal bereitstellen.The use of the second frequency component ( 154 ) with the frequency f 1 and the phase position φ 1 through the component ( 154 ) can provide a second data channel.

Wie schon zur beschrieben werden zwei Hochfrequenzgeneratoren (155) und (156) als Taktgeneratoren genutzt, um die schon beschriebene Funktionalität durch Laufzeitmessungen zu realisieren. Das Signal eines ersten Generators (155) wird hier über vier Messstrecken geschickt.Like already to two high-frequency generators ( 155 ) and ( 156 ) used as clock generators to realize the functionality already described by running time measurements. The signal of a first generator ( 155 ) is sent here over four measuring distances.

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).
These four routes are used as
  • 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 (158) (159) (160) sind in der und dadurch erkenntlich, dass links und rechts, an den Eingängen und an den Ausgängen jeweils Interdigitalwandler dargestellt sind. Die tatsächlich gegebene Ausgestaltung dieser SAW-Sensoren als Bauteile kann anders aussehen; wichtig ist hier im Kontext nur ihre Funktion, Signale die von dem einen Generator (155) kommen, in Abhängigkeit von einwirkenden Parametern, unterschiedlich zu verzögern. Die Zuordnung der Bedeutung der Laufzeit als Referenz oder als Messgröße ist anwendungsabhängig und wird von Fall zu Fall unterschiedlich ausfallen.The SAW sensors ( 158 ) ( 159 ) ( 160 ) are in the and recognizable by the fact that each interdigital transducer are shown on the left and right, at the inputs and at the outputs. The actual design of these SAW sensors as components may look different; important here in the context is only their function, signals from the one generator ( 155 ), depending on acting parameters, different delay. The assignment of the meaning of the term as a reference or as a measured variable is application-dependent and will vary from case to case.

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 unten links ist die Darstellung eines solchen SAW-Sensors noch einmal dargestellt, insgesamt mit (163) bezeichnet.However, the concept described here only by way of example using SAW sensors is not limited to SAW sensors. The use of SAW sensors is known in the art, as stated above. In bottom left is the representation of such a SAW sensor shown again, in total with ( 163 ) designated.

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 unten links ist die Darstellung eines solchen RC-basierten Sensors, insgesamt mit (164) bezeichnet, zu sehen, der in dieser Form statt der dargestellten SAW-Sensoren (158) (159) (160) mit vergleichbarer Funktionalität verwendet werden kann. Die Beschreibung der Funktion wäre die gleiche wie zu den SAWbasierten Sensoren.Any construct whose elements (however, whatever) cause a time delay can be used in this inventive sensor concept based on variable propagation time characteristics of signal paths. This can be achieved with the simplest RLC sensor systems (sensors that use variable resistances (R) and / or capacitances (C) and / or inductances (L) depending on a physical parameter). For example, RC elements can also be used according to the invention. In bottom left is the representation of such an RC-based sensor, in total with ( 164 shown in this form instead of the illustrated SAW sensors ( 158 ) ( 159 ) ( 160 ) can be used with comparable functionality. The description of the function would be the same as for the SAW based sensors.

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 (158) einen oberen und eine zweite Referenz (160) einen unteren Messwert repräsentieren, z.B. indem man die Marker auf der SAW-Oberfläche des ersten Referenzsensors (158) vollständig mit Molekülen besetzt hat und dann die Oberfläche versiegelt hat, und die Marker auf der SAW-Oberfläche des zweiten Referenzsensors (160) ohne jede Molekülbesetzung ebenfalls versiegelt hat. Man kann also zwischen einem vollständig besetzten SAW-Sensor und einem völlig leeren SAW-Sensor als (allerdings versiegelungsbedingt unterschiedliche) Referenz und jede Messung auf einem dritten SAW-Sensor (159) im Rahmen des Minimums und des Maximums einordnen.As another example, a first reference ( 158 ) an upper and a second reference ( 160 ) represent a lower measurement value, eg by placing the markers on the SAW surface of the first reference sensor ( 158 ) completely filled with molecules and then sealed the surface, and the markers on the SAW surface of the second reference sensor ( 160 ) without any molecular occupation also sealed. It is thus possible to distinguish between a fully occupied SAW sensor and a completely empty SAW sensor as a reference (but different due to sealing) and each measurement on a third SAW sensor ( 159 ) in the context of the minimum and the maximum.

Als weiteres Beispiel kann eine Temperaturmessung mit einem RC-Glied (bei (159)) mit einem von der Temperatur abhängigen Widerstand ausgeführt werden, indem weitere RC-Glieder ohne temperaturabhängige Widerstände als Referenz genutzt werden, wobei eine erste Referenz (158) einen oberen und eine zweite Referenz (160) einen unteren möglichen Messwert repräsentieren, z.B. indem ein erstes Referenz-RC-Glied mit einem maximal möglichen, von der Temperatur unabhängigen Widerstand, als erste Referenz und ein RC-Glied mit einem minimal möglichen, von der Temperatur unabhängigen Widerstand als zweite Referenz verwendet werden.As another example, a temperature measurement with an RC element (at ( 159 )) are carried out with a temperature-dependent resistance by using further RC elements without temperature-dependent resistors as a reference, a first reference ( 158 ) an upper and a second reference ( 160 ) represent a lower possible measurement value, eg by using a first reference RC element with a maximum possible resistance independent of the temperature, as a first reference and an RC element with a minimum possible resistance independent of the temperature as a second reference ,

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 durch D-Flipflops erreicht, ist hier wieder durch (multiplizierende) Mischfunktionen (161) dargestellt. Die Mischer (161) bilden digitale Schwebungssignale aus, die in der Größenordnung von einigen kHz oder auch nur wenigen Hertz liegen können, was aber ausschließlich durch die Differenzfrequenz der beiden Taktgeneratoren (155) und (156) bzw. der von diesen abgeleiteten Taktfrequenzen bestimmt wird. Die Übertragung der digitalen Schwebungssignale vom Rührkörper zur Gerätebasis und die Auswertung der Laufzeiten erfolgt wie schon beschrieben.The formation of digital beat signals, in achieved by D flip-flops, is here again by (multiplying) mixing functions ( 161 ). The mixers ( 161 ) form digital beat signals, which may be on the order of a few kHz or even a few hertz, but only by the difference frequency of the two clock generators ( 155 ) and ( 156 ) or derived from these clock frequencies is determined. The transmission of the digital beat signals from the stirring body to the device base and the evaluation of the transit times takes place as already described.

Die Übertragung von Signalen wird bei einem Magnetrührer nicht optisch (162) erfolgen (obwohl das natürlich möglich ist). Die vier Signale, die hier zu übertragen sind, können aber wieder relativ einfach in ein einziges Signal umgeformt werden (Abb.9'), so dass die in angedeutete Empfängerschaltung aus einem Vorwiderstand (166) und einer Fotodiode mit einem geräteseitigen GND-Bezug (165) mit dem Signal (167) alle benötigten Informationen bereitstellt. Die Referenzwerte (Signal 2 und 4) werden (als Beispiel) mit einem XOR-Gatter verknüpft. Das Ausgangssignal (Signal 5) dieser XOR-Funktion wird mittels AND-Funktion mit einem niederfrequenten, Nicht-50%-Duty-Cycle-Signal verknüpft, wodurch nur in dem Zeitraum, in dem sich auch die beiden Referenzsignale laufzeitmäßig bewegen, dieses Nicht-50%-Duty-Cycle-Signal weitergeleitet wird. Mit dem eigentlichen Messsignal (Signal 3) mittels einer zweiten XOR-Funktion verknüpft, liegt das Nicht-50%-Duty-Cycle-Signal, vom Messwertsignal (Signal 3) abhängig, einmal invertiert, einmal nicht invertiert vor und kann so (Signal 6) übertragen werden.The transmission of signals in a magnetic stirrer is not optical ( 162 ) (although that is of course possible). The four signals that are to be transmitted here can, however, be converted into a single signal relatively easily (Fig.9 '), so that the in indicated receiver circuit of a series resistor ( 166 ) and a photodiode with a device-side GND reference ( 165 ) with the signal ( 167 ) provides all needed information. The reference values (signal 2 and 4 ) are linked (as an example) to an XOR gate. The output signal (signal 5 ) of this XOR function is linked to a low-frequency, non-50% duty-cycle signal by means of the AND function, as a result of which this non-50% duty cycle is only reached during the period in which the two reference signals also move in the runtime. Cycle signal is forwarded. With the actual measuring signal (signal 3 ) is linked by means of a second XOR function, the non-50% duty-cycle signal is from the measured value signal (signal 3 ), once inverted, once not inverted, and so (signal 6 ) be transmitted.

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.

Claims (10)

Magnetrührer mit einem Rührantrieb und mit mindestens einem, in ein Gefäß (28) mit einem zu rührenden Medium eingelegten oder einlegbaren Rührkörper (2), der zum Rühren einen Magnet zur Antriebskopplung an den Rührantrieb und Mittel zur Übertragung von Daten und/oder Energie (103) (104) (113) für eine Versorgung von Sensoren und einer elektronischen Schaltung (178) (110) (120) im Rührkörper aufweist, wobei für die Sensorfunktionalität im Rührkörper hochfrequente Signale benötigt oder eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkörper zwei Taktgeneratoren (184) (118) (185) (119) zur Erzeugung von mindestens zwei hochfrequenten digitalen Taktsignalen mit einer kleinen Frequenzdifferenz aufweist und aus diesen Taktsignalen digitale Schwebungssignale (197) (124) (125) (126) ausgebildet werden.Magnetic stirrer with a stirrer drive and with at least one stirring element (2) inserted or insertable into a vessel (28) with a medium to be stirred and containing a magnet for driving coupling to the stirrer drive and means for transmitting data and / or energy (103 ) (104) (113) for a supply of sensors and an electronic circuit (178) (110) (120) in the stirring body, which requires or be used for the sensor functionality in the agitator high-frequency signals, characterized in that the stirring body two clock generators (184) (118) (185) (119) for generating at least two high-frequency digital clock signals having a small frequency difference and from these clock signals digital beat signals (197) (124) (125) (126) are formed. Magnetrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei digitale Schwebungssignale (125) (126) dadurch gewonnen werden, dass eines der beiden hochfrequenten Taktsignale (121) über mindestens zwei Signalwege (122) (123) geleitet wird, wodurch mindestens zwei laufzeitbedingt verzögerte Taktsignale entstehen, und die digitalen Schwebungssignale aus den Taktsignalen nach dem Durchlauf der Signalwege ausgebildet werden (125) (126).Magnetic stirrer according to Claim 1 , characterized in that at least two digital beat signals (125) (126) are obtained in that one of the two high-frequency clock signals (121) over at least two Signal paths (122) (123) is passed, resulting in at least two delay-delayed delayed clock signals, and the digital beat signals are formed from the clock signals after the passage of the signal paths (125) (126). Magnetrührer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den mindestens zwei Signalwegen (122) (123) Elemente und/oder Bauteile liegen, die die Laufzeit für ein Taktsignal (121), das über diese Signalwege (122) (123) läuft, wesentlich mitbestimmen.Magnetic stirrer according to Claim 2 , characterized in that in the at least two signal paths (122) (123) are elements and / or components that significantly determine the transit time for a clock signal (121) that runs over these signal paths (122) (123). Magnetrührer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Laufzeiten auf einem Signalweg (187) (188) durch in den Signalweg geschaltete Elemente und/oder Bauteile, die einen Signaltransport durch Schwingungen und/oder Wellen, insbesondere mechanisch-akustische Effekte, nutzen, insbesondere durch SAW-SensorElemente, wesentlich mitbestimmt werden.Magnetic stirrer according to Claim 3 , characterized in that run times on a signal path (187) (188) by elements connected in the signal path and / or components that use a signal transport by vibrations and / or waves, in particular mechanical-acoustic effects, in particular by SAW sensor elements, be significantly influenced. Magnetrührer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Schwebungssignale (197) (199) jeweils aus einem der mindestens zwei laufzeitbedingt verzögerten Taktsignale, die aus dem Signal (186) des ersten Taktgenerators (184) abgeleitet werden, und dem Taktsignal (194), das aus dem zweiten Taktgenerator (185) abgeleitet wird, mittels D-FlipFlop (124) (125) (126) oder einer multiplikativ arbeitenden Mischstufe (196) (195) (200) gebildet werden.Magnetic stirrer after at least one of Claims 1 to 4 characterized in that the digital beat signals (197) (199) are each derived from one of the at least two clock delayed clock signals derived from the signal (186) of the first clock generator (184) and the clock signal (194) selected from second clock generator (185) is derived, by means of D flip-flop (124) (125) (126) or a multiplicative mixing stage (196) (195) (200) are formed. Magnetrührer nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von den Signallaufzeiten, die durch den Signaltransport auf den mindestens zwei Signalwegen (157) (158) (159) (160) entstehen, die Laufzeit von mindestens einem Signalweg (157) (158) als Referenz für die Laufzeit von mindestens einem anderen Signalweg (159) (160) verwendet wird.Magnetic stirrer after at least one of Claims 2 to 5 , characterized in that of the signal propagation times, which result from the signal transport on the at least two signal paths (157) (158) (159) (160), the transit time of at least one signal path (157) (158) as a reference for the duration of at least one other signal path (159) (160) is used. Magnetrührer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Versorgung der Sensoren und einer elektronischen Schaltung im Rührkörper Daten und/oder Energie durch von der Gerätebasis erzeugte PWM-Signale mit gezielt manipulierten PWM-Verhältnis bereitgestellt und induktiv übertragen werden.Magnetic stirrer after at least one of Claims 1 to 6 , characterized in that provided for supplying the sensors and an electronic circuit in the stirring body data and / or energy generated by the device base PWM signals with selectively manipulated PWM ratio and transmitted inductively. Magnetrührer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Versorgung der Sensoren und einer elektronischen Schaltung im Rührkörper Daten und/oder Energie auf so niedrigen Frequenzen induktiv (152) übertragen werden, dass die im Umfeld des Rührkörpers üblicherweise vorhanden Materialien die Übertragung nicht wesentlich dämpfen oder stören.Magnetic stirrer after at least one of Claims 1 to 7 , characterized in that for supplying the sensors and an electronic circuit in the stirring body data and / or energy to such low frequencies are transmitted inductively (152) that the materials commonly present in the environment of the stirring body, the transmission is not significantly attenuate or disturb. Magnetrührer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zur induktiven Übertragung von Daten und/oder Energie (152) sekundärseitig im Rührkörper benötigten Spulen nicht der Länge nach um den runden, stabförmigen Rührmagneten herumgewickelt sind, sondern den Rührmagneten als runden Spulenkern umschließen bzw. um diesen herumgewickelt sind, um zu verhindern, dass durch den evtl. frei im Medium rollenden Rührkörper die Verbindung der Übertragung unterbricht.Magnetic stirrer after at least one of Claims 1 to 8th , characterized in that the coils required for the inductive transmission of data and / or energy (152) on the secondary side in the stirring body are not wrapped lengthwise around the round, rod-shaped stirring magnet, but surround the stirring magnet as round coil core or are wound around it, in order to prevent the mixing of the transmission from being interrupted by the agitator which may be rolling freely in the medium. Magnetrührer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messprinzip zur sensorischen Erfassung eines Parameters durch den Rührkörper auf einer Laufzeitdifferenzmessung beruht, alle Schwebungssignalfrequenzen der Frequenzdifferenz der von den beiden Taktgeneratoren abgeleiteten Taktsignale entspricht, und ein Messwert aus dem zeitlichen Unterschied der Taktflanken in den Schwebungssignalen, insbesondere durch Differenzbildung gebildet oder abgeleitet wird.Magnetic stirrer after at least one of Claims 1 to 9 , characterized in that the measuring principle for sensory detection of a parameter by the agitator based on a transit time difference measurement, all beat signal frequencies of the frequency difference of the clock signals derived from the two clock generators, and a measured value from the time difference of the clock edges in the beat signals, in particular formed by subtraction or is derived.
DE102017003478.8A 2017-04-10 2017-04-10 Magnetic stirrer with sensor Expired - Fee Related DE102017003478B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017003478.8A DE102017003478B3 (en) 2017-04-10 2017-04-10 Magnetic stirrer with sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017003478.8A DE102017003478B3 (en) 2017-04-10 2017-04-10 Magnetic stirrer with sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017003478B3 true DE102017003478B3 (en) 2018-08-02

Family

ID=62843581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017003478.8A Expired - Fee Related DE102017003478B3 (en) 2017-04-10 2017-04-10 Magnetic stirrer with sensor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017003478B3 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114717584A (en) * 2022-03-29 2022-07-08 浙江大学杭州国际科创中心 Electrochemical synthesis device and method based on wireless power transmission technology
US11504684B2 (en) 2019-09-30 2022-11-22 Ohaus Corporation Hotplate stirrer

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2144372A1 (en) 1971-09-04 1973-03-15 Dirk Sijsling Magnetically driven stirrer - with easily inserted heater between drive and stirrer
DE2916078A1 (en) 1978-04-20 1979-10-25 Tokyo Shibaura Electric Co TEMPERATURE SENSOR WITH A DEVICE FOR ACOUSTIC SURFACE WAVES
DE4440250A1 (en) 1994-11-10 1996-05-15 Wtw Weilheim Physical, chemical and biological sample parameter measuring device
DE10233604A1 (en) 2002-07-24 2004-02-19 Alfred Brühn Sensor signal acquisition method in which sensor measurements are captured as phase shifts or phase delay times by use of parametric amplification technology within sensor networks or bridge circuits
DE102012008611A1 (en) 2012-04-27 2013-10-31 Ika-Werke Gmbh & Co. Kg Magnetic stirrer for stirring medium, has stirring rod or magnet with temperature sensor that is immersed or dipped in stirring medium inside mixing vessel, where temperature sensor is connected with antenna arranged at stirring rod
DE102013010275B3 (en) 2013-06-18 2014-07-10 Ika-Werke Gmbh & Co. Kg Magnetic stirrer with SAW sensor
DE102014004705B3 (en) 2014-03-31 2015-09-10 Sciknowtec Gmbh magnetic

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2144372A1 (en) 1971-09-04 1973-03-15 Dirk Sijsling Magnetically driven stirrer - with easily inserted heater between drive and stirrer
DE2916078A1 (en) 1978-04-20 1979-10-25 Tokyo Shibaura Electric Co TEMPERATURE SENSOR WITH A DEVICE FOR ACOUSTIC SURFACE WAVES
DE4440250A1 (en) 1994-11-10 1996-05-15 Wtw Weilheim Physical, chemical and biological sample parameter measuring device
DE10233604A1 (en) 2002-07-24 2004-02-19 Alfred Brühn Sensor signal acquisition method in which sensor measurements are captured as phase shifts or phase delay times by use of parametric amplification technology within sensor networks or bridge circuits
DE102012008611A1 (en) 2012-04-27 2013-10-31 Ika-Werke Gmbh & Co. Kg Magnetic stirrer for stirring medium, has stirring rod or magnet with temperature sensor that is immersed or dipped in stirring medium inside mixing vessel, where temperature sensor is connected with antenna arranged at stirring rod
DE102013010275B3 (en) 2013-06-18 2014-07-10 Ika-Werke Gmbh & Co. Kg Magnetic stirrer with SAW sensor
DE102014004705B3 (en) 2014-03-31 2015-09-10 Sciknowtec Gmbh magnetic

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11504684B2 (en) 2019-09-30 2022-11-22 Ohaus Corporation Hotplate stirrer
CN114717584A (en) * 2022-03-29 2022-07-08 浙江大学杭州国际科创中心 Electrochemical synthesis device and method based on wireless power transmission technology
CN114717584B (en) * 2022-03-29 2023-06-06 浙江大学杭州国际科创中心 Electrochemical synthesis device and method based on wireless power transmission technology

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1289809B1 (en) Sensor system for detecting variables to be measured on a rotating object
EP1853941B1 (en) Method for the detection of objects enclosed in a medium, and measuring apparatus for carrying out said method
DE19514342C1 (en) Radio-interrogated current transducer for HV or MV appts.
DE60319987T2 (en) FREQUENCY VARIABLE LABEL
DE102011014752B4 (en) System for the contactless transmission of energy to a vehicle
DE102017003478B3 (en) Magnetic stirrer with sensor
EP3285046A1 (en) Movement device with magnetic position determination and data transmission device
DE102008056926A1 (en) Wireless passive keyboard function
CH683475A5 (en) Arrangement for interrogating a passive transponder.
WO2007051721A1 (en) Measuring device and method for locating objects enclosed in a medium, using high-frequency electromagnetic signals
DE10253278B4 (en) Tire measurement with an energy self-modulated backscatter transponder
EP2368094B1 (en) Circuit system and method for evaluating a sensor
EP3502604A1 (en) Freeze drying product sensor, set of freeze drying product sensors, drying vessel and method for operating a freeze drying product sensor
EP1290663B1 (en) Sensor, sensor system and method for remotely sensing a variable
DE2455923A1 (en) AIR PRESSURE MONITORING DEVICE FOR VEHICLE TIRES
WO2016037759A1 (en) Hand-held measuring device having an nmr sensor and method for the operation thereof
DE112014003677T5 (en) magnetic transmitter
DE102007042954A1 (en) Microwave proximity sensor and method for determining the distance between a probe and a target
WO2006034998A1 (en) Temperature sensor device
DE102009028619A1 (en) Inductive proximity switch, has receiver coils arranged so that signal voltages induced from excitation field of transmitting coil of oscillator are compensated at output of free-running double push-pull mixer in unattenuated condition
DE102017003476A1 (en) Magnetic stirrer with mounting plate with additional functions
DE102008031534B4 (en) Transponder and arrangement with such a transponder
CH680161A5 (en)
DE102018106723A1 (en) gauge
DE102012008699A1 (en) Apparatus for contactless measurement of certain distance to freely movable, metallic elements, has shell core, where entire arrangement or multiple sections are operated in certain resonant frequency predetermined by resonant circuit

Legal Events

Date Code Title Description
R086 Non-binding declaration of licensing interest
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B01F0013080000

Ipc: B01F0033450000

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee