DE8802378U1

DE8802378U1 - Trocknungswaage mit Temperaturregelung

Info

Publication number: DE8802378U1
Application number: DE8802378U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1987-02-28
Filing date: 1988-02-24
Publication date: 1988-04-28

Description

nt

it* t « « «

t 9 f t t f 9 9 9 %

Di* Erfindung buiiaht «ich auf eine Trocknungsvaage »it einer Strahlungequalle zur Erwärmung und Trocknung ainar auf ainar Waagaohala vartailtan Substanz, mit ainam Tamparaturfühlar zur Überwachung und Regelung der Leistung der Strahlungsquelle und mit einer Auswerteelektronik zur

Trocknungswaage.

Trooknungswaagen dieser Art sind allgemein bekannt, beispielsweise aus dem Oberbegriff des DE-OM 86 06 298. Der geometrische Aufbau solch einer Trocknungswaage ist z.B. in der DE-OS 36 15 660 gezeigt.

Nachteilig an den bekannten Trocknungswaagen ist jedoch, daß der Temperaturfühler nicht direkt die Temperatur der zu trocknenden Substanz mißt, sondern nur in der Nähe der zu trocknenden Substanz angeordnet ist. Durch eine verschieden* Strahlungsdichte am Ort der zu trocknenden Substanz und am Ort des Temperaturfühlers sowie vor allem durch verschiedene Absorptionskoeffizienten für die Strahlung ergibt sich dadurch eine Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturfühler und der zu trocknenden

Substanz, die je nach Substanz verschieden groß ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zu schaffen, diese Temperaturdifferenz zu messen und bei der Regelung der Leistung der Strahlungsquell· su bexüeksichtigen.

Erfindungsgemaß wird dies dadurch erreicht, daß an die Trocknungewaage eine Temperatureichsciiäib· mit einem eingebauten weiteren Temperaturfühler anschließbar ist*

SW 8702

II* I i # ·* #«

Wird die Temperatureichsoheib« an di· Stell· der Waagschale gebracht und hat ei· dieselben Absorptionseigenschafiten wi· di· SU trocknend« Subitan«, «o nimmt si· auch genau di· TwqMratur an, di· di· tu trocknend· Substanz annehmen wird. Di· Anpassung der Absorptiona«igenachaften der Temperatureicheoheibe erfolgt in «in«r «raten Ausgestaltung dadurch, daA si· mit «iner Schicht der Substans bedeckt

weise einen hochgesogenen Rand auf, so daß Substanz auf ihr wie auf einer Waagschale verteilt werden kann. In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung wird die Absorptionseigenschaft der zu trocknenden Substanz dadurch nachgebildet, daß die Oberfläche der Temperatureichscheibe teilweise in Graphit (hoher Absorptionskoeffizient) und teilweise in Aluminium (geringer Absorptionskoeffizient) ausgeführt ist. Das Flächenverhaltnis wird dann entsprechend den Absorptionseigensohaften der jeweiligen Substanz gewählt. Dadurch steht ein leicht zu handhabendes Sekundärnormal zur Verfugung und der Anwender der Trocknungewaage braucht für jede Substanz, die bei ihm vorkommt, nur ein solches Sekundärnormal einzusetzen.

Die Temperatureichung der Trocknungswaage erfolgt dann zweckmäeigerweise in einem Bichzyklus, bei dem die Temperatureichscheibe anstelle der Waagschale oder auf die Waagschale in die Trocknungswaage eingesetzt und dort angeschlossen wird und indem die Auswerteelektronik eine vorgegebene Temperatur einstellt, bei dieser Temperatur die Signale des Temperaturfühlers uad des weitere» Temperatur-UM·«» in der f«tge*ataj?«ieflääB#ibe miteinander **£gleicht und aus de» Quotienten einen Korrefc&urf&kter für den Temperatürfühler errechnet. Bei höheren Ansprüchen an die

SW 8702

Genauigkeit dar Temperaturregelung werdet* in and«r Weite zwei odar mehr varachiadane Temperaturen »tnvsatellt und darau* «ine Eichkurv* für dan Temperaturfühler errechnet. Dadurch iat in den anschließenden MeAsyklen eine Korrektur dea &bgr;&iacgr;&sfgr;&rgr;&igr;&bgr;&iacgr;&bgr; dee ^eaperaturfühlera auf die wahre Temperatur der su trocknenden subetant aöglieh.

sis Trec&nuft?s?ssgs sur Sur^fäSur««« «issss ¥aapsräi>ü£«imverfahrene veiet deehalb in der Auewerteelektronik vor» teilhafterweiee flpeicher- und Reehenaittel auf, die in der einfachen Auegeataltung einen Korrekturfaktor abepeiehem und dae signal dee Temperaturfühlere um dieeen Korrekturfaktor verändern können, baw. in der anepruohevolleren Auegestaltung die Parameter einer Siehkurve abspeichern und das Signal dae Temperaturfühlers gemäß dieser Slehkurve auf die wahre Temperatur am ort der su trocknenden Substans umrechnen können. Die Ergebnisse des Kichsyklusses werden also in der Waagenelektronik gespeichert und können dadurch bei den folgenden Messungen ohne weiteres 2utun der Bedienungeperson für eine automatische Temperaturkorrektur benutzt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Speichermittel so dimensioniert, daß Korrekturfaktoren bzw. Eichkurven für mehrere Substanz »in abgespeichert und vom Bediener aufgerufen werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen er:?"tert. Dabei zeigt:
Fig. 1 die Trocknungswaage im Schnitt, Fig. 2 eine, TemperatureJchscheiba in eines erste»

4»

Fig. 3 eine Temperatureichscheibe in einer zweiten Ausgestaltung im Schnitt,

SW 8702

- 7

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Elektronik der Trocknungswaage,
Fig. 5 den Tempeatrrlauf während eines Eichzyklusses und
Fig. 6 ein Flußdiagramm des Eichzyklusses.

Die Trocknungswaage in Fig. 1 besteht aus eines mehrteiligen Gehäuse 1, in dem ein Wägesystem 3 untergebracht ist. Die Art dieses Wägesystems spielt für die Erfindung keine Rolle, beispielsweise kann es sich um ein System nach dem Prinzip der elektromagnetischen Xraftkompensation handeln. Mit dem Wägesystem 3 ist über eine Krafteinleitung 4 eine Unterschale 6 verbunden. Auf der Unterschale ruht abnehmbar die Waagschale 5 mit der zu trocknenden und zu wiegenden Substanz. In das Gehäuse l ist weiter ein Sichtfenster 2 integriert, das die Ablesung der elektronischen Anzeige erlaubt· Hinter der Waagschale 5 und dem Wägesystem 3 ist eine Strahlungsquelle Il angeordnet - hier als Infrarotlampe gezeichnet. Die Fixierung der Strahlungsquelle Il as Gehäuse 1 erfolgt durch die Fassung 12 und durch eine Manschette 13. Durch eine für die wärmestrahlung durchlässige Wand 15 ist der Raus der Strahlungsquelle vom Wägeraum 17 luftströsungraäBig abgeschlossen. Die Belüftung und Kühlung der Strahlungsquelle Il ist durch Löcher 18 in der Unterseite und der Rückseite des Gehäuses l gewährleistet. Weiter weist die Trooknungswaage einen Deckel 7 auf, der z.B. aus eines Kunststoff hergestellt sein kann und auf seiner Innenseite 7* verspiegelt ist. Diese Verspiegelung wirkt als Strahlungsuslenkung und reflektiert die Wärmestrahlung von dar Strahlungsquelle Ii auf dia su trocknende Substanz auf dar Waagschale 8. Der Deckel 7 waist an seines hinteren Ende ein· drehbar· Lagerung 9 auf, so daft er lus Beschicken der Trooknungswaage geöffnet werden kann. Dar Temperaturfühler &bgr; zur Überwachung und

BW 8702

&igr; t ii·

Regelung der Leistung der Strahlungsquelle 11 ist neben der Waagschale 5 angebracht, an einer Stelle, an der die Strahlungsdichte von der Strahlungsquelle 11 Möglichst genauso grofi ist wie die Strahlungsdichte im Bereich der Waagschale 5.

Weiter ist in Fig. 1 die Temperatureichscheibe 14 mit ihren Anschlüssen 16 erkennbar, die in der Waagschale 5 liegt und etwa dieselbe Größe hat wie diese. Die Temperatureichscheibe enthält einen Temperaturfühler 19, beispielsweise ein Thermoelement oder einen temperaturabhängigen Widerstand oder einen temperaturabhängigen Halbleiter. Dieser Temperaturfühler 19 ist über die Anschlüsse 16 und eine Steckvorrichtung 10 am Gehäuse 1 der Trocknungswaage an deren Elektronik 33 angeschlossen.

Die Temperatureichscheibe ist in zwei Ausführungsformen in den Fig. 2 und 3 im Schnitt gezeigt. Die Temperatureichscheibe 14' in Fig. 2 besteht aus einem gut wär&eleitenden Blech 23 mit einem umlaufenden Rand 24. Das Blech 23 weist auf der Unterseite eine Einfräsung auf, in die der Temperaturfühler 19 mit seinen nur angedeuteten Anschlüssen 16 eingesetzt ist. Auf das Blech 23 kann die su trocknende Substanz in dünner Schicht verteilt werden. Die Temperatureiehseheibe 14' wird statt der Waagschale 5 oder zusammen mit der Waagschale 5 auf die Unterschale 6 der Trooknungswaage gelegt und erlaubt dadurch eine Temperaturmessung direkt an der Substanz und einen Vergleich mit der vom Temperaturfühler 8 gemessenen Temperatur. Durch die

3C Zuleitungen 16 wird der Oewiohtswert der Substanz verfälseht, die Temperatureiohscsheiba 14' wird deshalb nur für einen Eichzyklus benutet, wie weiter hinten noch beschrieben wird.

SW 8702

««••III ·

Die in Fig. 3 gezeigte Temperatureichscheibe 14 enthalt keine zu trocknende Substanz, das Absorptionsverhalten der Substanz wird vielmehr durch die Art der Oberfläche des dicken Bleches 22 nachgebildet: Ein Teil 21 der Oberfläche besteht aus der blanken Oberfläch« des Aluminium-Bleches 22; ein anderer Teil 20 der Oberfläche ist mit Graphit bedeckt. Durch passende Wahl des Flächenverhältnisses der beiden Oberflächenarten kann jeder Absorptionskseffizient zwischen dem kleinen Absorptionskoeffizienten des blanken Aluminiums und dem großen Absorptionskoeffizienten des Graphite nachgebildet werden. Die Bestimmung des Flächenverhältnisses geschieht werksseitig einmal mittels einer Temperatureichscheibe mit Substanz gemäß Fig. 2 als Primärnormal. Dann kann die sehr viel einfacher zu handhabende Temperatureichscheibe gemäß Fig. 3 als Scicundärnormal eingesetzt werden für die in gewissen Abständen durchzuführenden Macheichungen des Leistungsregelsysteas für die Strahlungsquelle.

Die Elektronik 33 der Trocknungewaage ist in Fig. 4 in Form eines Blockschaltbildes gezeigt. Das Wägeeystem I trägt die Unterschale/Schale 5/6 mit der Temperatureichsoheibe .14. Die Strahlungsquelle 11 erwärmt beim Eichzyklus sowohl die Temperatureienscheibe 14 als auch den festeingebauten Temperaturfühler 8. Die Ausgangssignale der beiden Temperaturfühler &bgr; und 19 werden der Zentralelektronik 25 zugeführt und werden dort verglichen. Aus den beiden Werten wird ein Korrekturfaktor errechnet und im Speicherbereich 30 abgespeichert, während des Keßzyklussee (also ohne die Temperatureichscheibe 14) wird dann das Ausgangssignal des Temperaturfühlers &bgr; mit diesem Korrekturfaktor multipliziert, ehe es als Ist-Wert für die Leistungsregelung 34

BW 8702

- 10 -

der Strahlungsquelle 11 herangezogen wird. Die Rechen» mittel zum Multiplizieren alt dem Korrekturfaktor sind in Fig. 4 schematisch durch 31 angedeutet. Die Zentralelektronik 25 kann z.B. durch einen Mikroprozessor gebildet werden, in dem diese Speicher- und Rachenmittel 30 und 31 üblicherweise vorhanden sind und von jedem Blektronikfachmann entsprechend programmiert werden können, ohne daß dies hier im Detail erläutert werden müßte. Weiter sind in Fig. 4 eine Ausgabeeinheit 27 für den Gewichte art, eine Ausgabeeinheit 29 für die Ist-Temperatur, eine Ausgabeeinheit 29 für den Trockensubstanzanteil und ein Schreiberausgang 32 beispielhaft gezeichnet, ebenso eine Tastatur zur Bedienung der Trocknungewaage und zur Eingabe von Zahlenwerten.

Der Ablauf eines Eichzyklusses soll nun anhand der Figuren 5 und 6 erläutert werden. Fig. 5 zeigt den Verlauf der Ausgangssignale der beiden Temperaturfühler 8 und 19 in Abhängigkeit von der ZeItT Fig. 6 stellt ein Flußdiagramm dar. zu Beginn des Eichzyklusses gibt die Zentralelektronik den Befehl, die Heizleistung so einzustellen, daß eine konstante Temperatur angefahren wird. Diese Temperatur ist im Beispiel durcäi ein Ausgangseignal Ui de· Temperaturfühlers 8 von 50 mV gegeben. Sobald dies« SO mV am Tempe- raturfuhler &bgr; erreicht sind, beginnt eine ffarteaehleife von z.B. 3 Minuten Dauer, um einen stabilen Zustand abzuwarten. Das Einhalten der konstanten Temperatur wird dann ncabmale kontrolliert und anschließend das Ausgangssignal Ui' des Temperaturfühlers 19 in der Teaperatureichsohelbe 14,14* gemessen. Im Beispiel, wie eu in Fig. 5 gezeichnet ist, ist Ui* etwas größer als Ui, die Temperartureichecheib· &Lgr;4/ 14* ist also etwas wärmer als der Temperaturfühler 8. Der Quotient Ui */Ui wird ausgerechnet usid als Kerrektur-

SW 8702

4 I < ·

- 11 -

abgespeichert. Daait iat dar liehiyklus beendet und dia Teeperatureiohsoheibe 14/14· kann aua dar Trooknungsvaaga antienit warden und anaohlieaand können Messungen «it su trocknender eubstens erfolgen. Bei diesen Kessungen wird das Auegangssignal voa Temperaturfühler &bgr; lntr ait dem abgespeioherten Korrekturfaktor multiplisiert und dieses ftaohenergebnie als Ist-Wert für die Temperaturregelung benutit. Daait wird der ia Eiohsyklua festgestellte Temperaturuntersohied swieohen der Probe und dea Temperaturfühler S autoaatisoh korrigiert.

In Fig. S ist noch gestrichelt angedeutet, daß in einer anspruchsvolleren Ausgestaltung der Zentralelektronik nicht nur eine Temperatur (mit den Ausgangssignalen U₁ und Ui·), sondern anschließend eine zweite Temperatur angefahren wird. Bei dieser Temperatur werden in gleicher Weise die Ausgangaaignale Ua und Ua' dar beiden Temperaturfühler 8 und 19 verglichen. Zum Beispiel kann wieder der Quotient Ua'/Ua gebildet werden, so daß zwei Korrekturfaktoren für swei verschiedene Temperaturen berechnet und abgespeichert werden. Für eine beliebige Temperatur wird dann der sutreffende Korrekturfaktor durch lineare Interpolation bestimmt.

Bei einem Eichpunkt kann nur ein Korrekturfaktor für alle Temperaturen berechnet werden, bei zwei Bichpunkten kann bereits eine Korrekturgerade berechnet werden, bei drei Bichpunkten kann auch eine Korrekturkurve berechnet werden. Je nach Anforderung an die Einstellgenauigkeit der

Troce^>#g&tur aixd man eine der MöglieBfeeiten

wanlen. Bei einem Ziehpunkt wird wbi diesen tweck<-

SfT 8702

.< « H it H it

- 12 -

in die Gebend der «■ häuf iget*n b«ntit«ten Twiperatur lagen; toai ivL siohpunkan wird mui ainan an dia untara faaparaturgranaa und dan anderen mehr an die ober« Temperaturgrenz· lagan; bei noch mehr Eiohpunkten wird »an diese etwa äquidistant über den Temperaturbereich verteilen.

Duroh Vergrößerung dee Speioherbereiohee 30 können aelbetveratändlich auoh mehrere Korrektulfaktoren, Korrekturgeraden bzw. Korrekturkurven für vereohiedene eubetanien abgeepeiohert werden. Die Auewahl der entepreohenden Korrekturwerte erfolgt dann duroh Eingabe der Subetani-Mr. über die Taatatur 26.

SW 0702

Claims

Sartorius GmbH Akte SW 8702-IP-G

Weender Landstraße 94-108 Kö/ek

D-3400 Göttingen

Trocknungswaage mit Temperaturregelung

Ansprüche:

1. Trockmmgesmage ait einer Strahlungsquelle (11) zur Erwärmung und Trocknung einer auf einer Waagschale (5) verteilten Substanz, ait einem Temperaturfühler (8) zur Überwachung und Regelung der Leistung der Strahlungsquelle (11) und mit einer Auewerteelektronik (33) zur Auswertung der Waagemeßwerte und zur Steuerung der Trocknungswaage/ darfgrah gekennzeichnet, daß an die

IS Trooknungewaage eine Temperaturaiehseheibe (14,14*) mit einen eingebauten weiteren Temperaturfühler (19) ansohlieflbar ist.

2. Trooknungewaage naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Temperatureichscheibe (14*) einen hoohgezogenan Rand (24) aufweist, so daß eine Substanz auf der Teaperatureiohsoheibe (14*) wie auf einer Waaigsohale verteilt werden kann.

3. Trocknungswaage nach Anspruch 1, dadurch gefronpgy daß die Temperatureichscheifce (14) teilweise eine Aluminium-Oberfläche (21) und teilweise eine Graphit-Oberfläche (20) aufweist.

4. Trocknungswaage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. daS in einem Eichzyklus die Temperatureichscheibe (14,14*) anstelle der Waagschale (5) oder auf die Waagschale (5) in die Troclmvngswaage eingesetzt und dort angeschlossen ist und daß eine integrierte Auswerteelektronik (33) vorhanden ist, welche eine vorgegebene Temperatur einstellt, bei dieser Temperatur die Signale des Temperaturfühlers (8) und des weiteren Temperaturfühlers (19) in der Temperatureichscheibe (14,14') miteinander vergleicht und aus dem Quotienten einen Korrekturfaktor für den Temperaturfühler (8) errechnet.

5. Trocknungewaage nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Eichzyklus die Temperaturaichaeheibe (14,14·) anstelle der Waagschale (5) oder auf die Waagschale (5) in die Trocknungswaage eingesetzt und dort angeschlossen ist und daß eine integrierte Auswerteelektronik (33) vorhanden ist, welche mindestens eine niedrige Temperatur und eine hohe Temperatur einstellt, bei diesen Temperaturen die Signale des Temperaturfühlers (8) und des weiteren Temperaturfühlers (19) in der Temperatureiuhscheibe (14, 14') miteinander vergleich*, und daraus eine Sichkurve für den Temperaturfühler (8) errechnet.

SW 8702

i« Trocknung«**·?· naeh Ansprach 4,

daA in der Auew*rt**lektronik (33) Speicher- und fteohm- «ittel (30,31) vorhanden eind, di· einen Korrekturfaktor abepeiohern und da· Signal dee Temperaturfühler· (8) um diesen Korrekturfaktor verändern können.

7. Trocknungavaage naoh Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet.

AmA (n Aimv tuau«4u1 aM»Ki>< V /1*1 Ou4«l>·«. t««u· BamVam—

mittel (30,31) vorhanden aind, di· di· Parameter einer Eichkurve abepeiohem und da· signal de· Temperaturfühler· (8) gemäe dieser Eiohkurve auf die wahre Temperatur am Ort der tu trocknenden Subetans umrechnen können.

IS 8. Trocknungewaag· nach einem der Ansprüche 6 oder 7,

dadurch gekanng*lefrfte,fr_f dafi die Speichermitt^l (30) so ausgelegt sind, daß für mehrere Substanzen Korrekturfaktoren bzw. Eiohkurven abgespeichert werden können.

SW 8702