ES2908851T3 - Dispositivo de medición de nivel para un dispositivo de gabinete de laboratorio - Google Patents

Dispositivo de medición de nivel para un dispositivo de gabinete de laboratorio Download PDF

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Abstract

Un dispositivo de medición de nivel (1) para medir un nivel (30) en un depósito de líquido (31) en el espacio interior (101) de un dispositivo de gabinete de laboratorio (100), que comprende un primer sensor de temperatura NTC (11) que puede disponerse fuera del líquido (32) del depósito de líquido (31), un segundo sensor de temperatura NTC (12) localizable dentro del líquido (32) del depósito de líquido (31), medios de alimentación (2) para suministrar energía al primer sensor de temperatura NTC (11) y al segundo sensor de temperatura NTC (12) de manera que el primer sensor de temperatura NTC (11) y el segundo sensor de temperatura NTC (12) tengan cada uno un exceso de temperatura (T_NTC) mayor que la temperatura (T_innen) en el espacio interior (101) del dispositivo de laboratorio, y un dispositivo electrónico de medición (3) que se configura para detectar una primera variable eléctrica del primer sensor de temperatura NTC (11) que está influenciada por la temperatura del primer sensor de temperatura NTC (11) y para detectar una segunda variable eléctrica del segundo sensor de temperatura NTC (12) que está influenciada por la temperatura del segundo sensor de temperatura NTC (12), y para determinar un valor de comparación por comparación continua de la primera y la segunda variable eléctrica, caracterizada por un dispositivo de sujeción (5) para sujetar el primer y el segundo sensor de temperatura NTC a una distancia de una pared interior y una pared inferior del dispositivo de gabinete de laboratorio (100), en donde el dispositivo de sujeción (5) tiene un brazo de sujeción (5a) que puede fijarse a la pared interior del dispositivo de gabinete de laboratorio (100) que porta el primer sensor de temperatura NTC (11) y al que se une un segundo brazo de sujeción elásticamente deformable (5b), que está previsto para una disposición verticalmente dirigida hacia abajo y que porta el segundo sensor de temperatura NTC (12).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de medición de nivel para un dispositivo de gabinete de laboratorio
La invención se refiere a un dispositivo de medición de nivel para un dispositivo de gabinete de laboratorio, para medir un nivel en un depósito de líquido en el espacio interior del dispositivo de gabinete de laboratorio. El dispositivo de gabinete de laboratorio se utiliza para almacenar muestras de laboratorio y es, en particular, un gabinete de control de temperatura para el control de la temperatura de las muestras de laboratorio, en particular, una incubadora para el crecimiento de cultivos celulares.
Con dichas incubadoras se conservan células de cultivos celulares en laboratorios biológicos y médicos en condiciones ambientales controladas, lo que permite el crecimiento de células vivas in vitro. Para ello, el equipamiento de la incubadora conserva en los valores deseados la temperatura y la composición del gas o la humedad de la atmósfera en el interior de una cámara de incubación aislada del entorno. Las células eucariotas requieren incubadoras de CO2. La atmósfera está formada por aire con un determinado contenido de CO2- y O2 y humedad, una temperatura adecuada suele ser 37 °C. Tales cámaras de temperatura tienen una carcasa, por ejemplo una carcasa exterior, con una abertura de la carcasa a través de la cual el usuario almacena y extrae las muestras en el espacio interior de la carcasa. En el proceso, el vapor de agua también se escapa regularmente del espacio interior. Por ello, las incubadoras contienen un depósito de líquido abierto por la parte superior y lleno de agua, mediante el cual se produce una humedad relativa superior a 90 % en el espacio interior por evaporación del agua. Para determinar el consumo de agua y evitar un vaciado completo del depósito de agua, estos gabinetes de control de temperatura suelen tener dispositivos de medición de nivel.
La patente europea núm. EP 2067849 B1 se describe una incubadora con dos sensores NTC, ambos dispuestos en el baño de agua de la incubadora a un nivel de medición, que funcionan a diferentes temperaturas y cuyas tensiones de salida se evalúan para detectar la caída por debajo del nivel de medición. La patente japonesa núm. JP2002188977 A describe un dispositivo de medición de nivel de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. La presente invención tiene el objetivo de proporcionar un dispositivo de medición de nivel fiable y eficazmente diseñado para un dispositivo de gabinete de laboratorio, en particular un gabinete de control de temperatura.
La invención logra este objetivo mediante el dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 1. Las modalidades preferidas son, en particular, objeto de las reivindicaciones dependientes.
El dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la invención comprende sensores de temperatura NTC (coeficiente de temperatura negativo), también conocidos como termistores NTC. Estos sensores de temperatura se autorregulan. Se les suministra una energía tan grande que se produce un autocalentamiento. La energía los calienta inicialmente y los mantiene a una temperatura superior a la de su entorno. Debido al comportamiento NTC, de acuerdo con el cual la resistencia eléctrica aumenta con la disminución de la temperatura provocada por la disipación de calor al entorno, la potencia se limita y se establece un estado estacionario de equilibrio. El primer sensor de temperatura NTC se coloca de forma que nunca entre en contacto con el líquido, el segundo sensor de temperatura NTC está normalmente en el líquido y cambia su potencia calórica tan pronto como el nivel del líquido desciende por debajo del segundo sensor de temperatura NTC. El primer sensor de temperatura NTC sirve, por tanto, como sensor de referencia que cumple su función de referencia independientemente de la temperatura del espacio interior del dispositivo del gabinete de laboratorio, de modo que se garantiza un funcionamiento especialmente fiable del dispositivo de medición de nivel realizado con medios sencillos.
El primer sensor de temperatura NTC y el segundo sensor de temperatura NTC emiten una salida térmica diferente al entorno correspondiente si estos entornos tienen diferentes conductividades térmicas. Dado que la conductividad térmica del aire es considerablemente peor que la de un líquido, en particular el agua, el segundo sensor de temperatura NTC emite una potencia calórica mayor que el primer sensor de temperatura NTC. Esto da lugar a una mayor resistencia eléctrica en el segundo sensor de temperatura NTC que en el primer sensor de temperatura NTC, de modo que la tensión a través del segundo sensor de temperatura NTC disminuye más que en el primer sensor de temperatura NTC mientras el segundo sensor de temperatura NTC esté en contacto con el líquido. Si el segundo sensor de temperatura NTC se encuentra entonces en el mismo entorno (por ejemplo, aire) que el primer sensor de temperatura NTC cuando el nivel desciende, la resistencia del segundo sensor de temperatura NTC cambia o iguala la resistencia del primer sensor de temperatura NTC, y este cambio se puede medir. En particular, la magnitud de la diferencia de las tensiones de salida del primer y el segundo sensor de temperatura NTC es mayor en la primera condición cuando el segundo sensor de temperatura NTC está en líquido y el primer sensor está en aire a nivel normal que en la segunda condición cuando ambos sensores de temperatura NTC están en aire.
Preferentemente, el primer y segundo sensor de temperatura NTC se seleccionan de manera que puedan operar a una tensión baja, preferentemente de 15 a 35 voltios, preferentemente de 20 a 30 voltios. Por lo tanto, se utilizan preferentemente sensores de temperatura NTC de baja resistencia con 1-2 kOhm. Se seleccionan preferentemente de manera que toleren temperaturas ambientales de hasta 200 °C, preferentemente hasta 190 °C y preferentemente hasta 180 °C en la operación prevista o sobrevivan a estas temperaturas sin sufrir daños. En consecuencia, dichos sensores de temperatura pueden permanecer en el espacio interior de un dispositivo de gabinete de laboratorio, en particular de un gabinete de control de temperatura o incubadora, cuando este último se calienta a la alta temperatura antes mencionada, por ejemplo, con el fin de esterilizar el espacio interior a 180 °C. Por lo tanto, el uso del dispositivo de gabinete de laboratorio provisto de dicho dispositivo de medición de nivel es especialmente eficaz, ya que no es necesario retirar el dispositivo de medición de nivel antes de la esterilización. Un sensor de temperatura NTC adecuado es, por ejemplo, el termistor de vidrio radial G2K3348 de Measurement Specialties, Hampton, Virginia, Estados Unidos.
El dispositivo electrónico de medición comprende preferentemente circuitos electrónicos. El dispositivo electrónico de medición se configura preferentemente para determinar un primer valor de comparación cuando o mientras el nivel en el depósito de líquido está por encima de la posición del segundo sensor de temperatura NTC, y para detectar un segundo valor de comparación que se desvía del primer valor de comparación cuando el nivel en el depósito de líquido ha caído por debajo de la posición del segundo sensor de temperatura NTC. El primer y el segundo valor de comparación se determinan, en particular, detectando continuamente el valor de comparación, en particular un valor de diferencia, de la primera y la segunda variable eléctrica y comparándolo después con un valor de referencia para decidir si está presente un primer valor de comparación (primer estado o estado normal) o un segundo valor de comparación (segundo estado o estado de error).
Preferentemente, el dispositivo de medición de nivel comprende un dispositivo de evaluación, que es en particular un microcontrolador u ordenador programable para realizar la evaluación en cuestión. El dispositivo de evaluación puede tener, en particular, un convertidor A/D (convertidor AD, ADC), para digitalizar las señales de medición analógicas del dispositivo de medición electrónico. El dispositivo de evaluación puede ser un componente de un dispositivo de control electrónico que controla las funciones controlables eléctricamente, en particular la regulación de la temperatura interior, del dispositivo de gabinete de laboratorio. El dispositivo de evaluación tiene preferentemente un dispositivo de almacenamiento de datos para el almacenamiento volátil o no volátil de datos, y/o preferentemente un dispositivo de procesamiento de datos que se configura en particular para distinguir el segundo valor de comparación del primer valor de comparación mediante la comparación del valor de comparación medido continuamente con un valor de referencia que está almacenado en el dispositivo de almacenamiento de datos. El dispositivo de almacenamiento de datos y/o el dispositivo de procesamiento de datos pueden ser componentes de un dispositivo de control electrónico que controla las funciones controlables eléctricamente, en particular la regulación de la temperatura interior, del dispositivo de gabinete de laboratorio.
Preferentemente, el dispositivo electrónico de medición y/o el dispositivo de evaluación se configuran para generar una señal de salida y/o datos de salida en función de la evaluación del valor de comparación, que se envía al usuario a través de un dispositivo de interfaz de usuario. De este modo, el usuario puede ser informado, en particular, de la caída del nivel por debajo de un valor umbral. Este valor umbral corresponde a dicho valor de referencia. En particular, el dispositivo de interfaz de usuario puede emitir la información sobre la caída del nivel por debajo de un valor umbral a través de una pantalla del dispositivo de medición de nivel o del dispositivo de gabinete de laboratorio que comprende este dispositivo de medición de nivel. El dispositivo de interfaz de usuario también puede estar configurado para emitir una señal de indicación acústica y/o enviar los datos de salida sobre la caída del nivel por debajo de un valor umbral a través de una conexión de datos remota, por ejemplo a través de una LAN, a la que está conectado el dispositivo del gabinete de laboratorio.
Preferentemente, el dispositivo electrónico de medición comprende un circuito electrónico que incluye el primer sensor de temperatura NTC y el segundo sensor de temperatura NTC. En particular, la primera y la segunda variable eléctrica se evalúan analógicamente. Sin embargo, también es posible que la primera y la segunda variable eléctrica sean digitalizadas y luego evaluadas digitalmente. Preferentemente, se proporciona al menos un convertidor A/D que digitaliza la primera y la segunda variable eléctrica.
Preferentemente, el dispositivo electrónico de medición se configura de tal manera que la primera y la segunda variable eléctrica son analógicas-eléctricas y/o se evalúan formando una diferencia entre la primera y la segunda variable eléctrica, analógica o digital, y el valor de comparación se basa en la diferencia entre la primera y la segunda variable eléctrica o el valor de comparación contiene la diferencia entre la primera y la segunda variable eléctrica, es decir, el valor de comparación es en particular la diferencia entre la primera y la segunda variable eléctrica o la diferencia entre la segunda y la primera variable eléctrica. En lugar de la formación de la diferencia, o además de ella, la comparación de la primera y la segunda variable eléctrica puede incluir también otra operación matemática, en particular una adición, una multiplicación y, en particular, una formación del cociente de la primera y la segunda variable eléctrica.
El dispositivo electrónico de medición se dispone preferentemente de tal manera que el primer y el segundo sensor de temperatura NTC se disponen en un circuito de puente. Un circuito de puente es, en particular, un puente de medición de Wheatstone. Un circuito de este tipo es especialmente adecuado para la evaluación precisa de pequeños cambios de resistencia o de pequeñas variaciones de tensión. El dispositivo electrónico de medición se configura preferentemente de forma que la tensión del puente del circuito del puente se utilice como primer y segundo valor de comparación.
El dispositivo electrónico de medición tiene preferentemente una fuente de energía controlada por tensión como circuito electrónico cuya tensión de entrada es la tensión del puente. La energía de salida se utiliza preferentemente para generar una tensión de salida relacionada con la masa a través de una resistencia de carga, que en particular va a una entrada del convertidor A/D.
El dispositivo de medición de nivel comprende un dispositivo de sujeción para sostener el primer y el segundo sensor de temperatura NTC a una distancia de una pared interior del dispositivo de gabinete de laboratorio. El primer y el segundo sensor de temperatura NTC se sujetan preferentemente mediante los medios de sujeción de manera que el primer sensor de temperatura NTC se encuentra normalmente fuera del líquido cuando el depósito de líquido está suficientemente lleno de líquido y el segundo sensor de temperatura NTC se encuentra normalmente dentro del líquido, y el primer sensor de temperatura NTC se mantiene fuera del líquido en caso de fallo cuando el depósito de líquido no está suficientemente lleno de líquido, y el segundo sensor de temperatura NTC se encuentra también fuera del líquido en caso de fallo.
El dispositivo de sujeción tiene un brazo de sujeción que se puede fijar a una pared interior, en particular a una pared trasera interior, del dispositivo de gabinete de laboratorio, cuyo brazo de sujeción está previsto, en particular, para una disposición dirigida horizontalmente y que porta el primer sensor de temperatura NTC, y al que está unido un segundo brazo de sujeción elásticamente deformable, cuyo brazo de sujeción está previsto para una disposición dirigida verticalmente hacia abajo y que porta el segundo sensor de temperatura NTC. El segundo brazo de soporte elásticamente deformable con el segundo sensor de temperatura NTC unido a él ofrece la ventaja de que este brazo de soporte puede doblarse y, por tanto, el segundo sensor de temperatura NTC puede levantarse sin tener que desmontar el brazo de soporte. Esto puede simplificar la retirada del depósito de líquido, en particular la bañera, en el estado montado de los segundos sensores de temperatura NTC.
Preferentemente, el dispositivo de sujeción comprende un dispositivo de cápsula hecho de un primer material (M1) para encapsular parcial o sustancialmente completamente el primer y/o el segundo sensor de temperatura NTC. Preferentemente, el primer sensor de temperatura NTC tiene al menos una o exactamente una superficie de contacto del sensor que está acoplada térmicamente a la resistencia dependiente de la temperatura del sensor de temperatura NTC y que está dirigida hacia el exterior donde limita con el entorno del sensor de temperatura NTC. De este modo, el sensor de temperatura NTC y su superficie de contacto del sensor están preferentemente encapsulados por un zócalo, y en particular están encapsulados en gran medida por el dispositivo de la cápsula. El segundo sensor de temperatura NTC también tiene preferentemente una superficie de contacto del sensor, que se denomina segunda superficie de contacto del sensor. La al menos una superficie de contacto del primer y/o segundo sensor de temperatura NTC se hace de un segundo material M2. Preferentemente, los medios de la cápsula encierran la al menos una superficie de contacto del sensor. Preferentemente, el dispositivo de la cápsula y la al menos una superficie de contacto del sensor limitan hacia el exterior el primer y/o el segundo sensor de temperatura NTC.
En particular, el segundo material (M2) tiene una mayor conductividad térmica que el primer material (M1). En un gabinete de control de temperatura, en particular en una incubadora de CO2 existe el requisito de que la temperatura exactamente definida del espacio interior no se vea influenciada. Sin embargo, los sensores de temperatura NTC funcionan a una temperatura excesiva. Los sensores están aislados térmicamente del exterior por el dispositivo de la cápsula de material poco conductor del calor M1. Por un lado, se evita el calentamiento molesto del espacio interior y, por otro, el enfriamiento no deseado de los sensores de temperatura NTC. El flujo de calor entre el sensor y el espacio interior se concentra en particular en la pequeña área de la al menos una superficie de contacto del sensor. Este diseño permite usar sensores de temperatura NTC de baja potencia.
El primer material (M1) es preferentemente un plástico, en particular un caucho o un elastómero, que en particular soporta temperaturas de hasta 200 °C o 180 °C. El segundo material (M2) es preferentemente un metal, en particular acero inoxidable.
Preferentemente, el primer y/o el segundo sensor de temperatura NTC tienen cada uno un zócalo hecho de un material M3 que también es menos conductor térmico que el material M2 y aísla térmicamente aún más el sensor. Preferentemente, el primer sensor de temperatura NTC y su superficie de contacto del sensor y/o el segundo sensor de temperatura NTC y su superficie de contacto del sensor están encerrados cada uno de ellos en un zócalo, de modo que preferentemente el dispositivo de la cápsula, el zócalo del primer y/o del segundo sensor de temperatura NTC y la al menos una superficie de contacto del sensor delimitan el primer y/o el segundo sensor de temperatura NTC hacia el espacio interior del dispositivo del gabinete de laboratorio. Preferentemente, el tercer material (M3) es polieteretercetona (PEEK), que proporciona una excelente resistencia térmica y química.
Preferentemente, el dispositivo de sujeción, el primer sensor de temperatura NTC y el segundo sensor de temperatura NTC están fabricados con materiales que pueden soportar temperaturas de funcionamiento del espacio interior del dispositivo de gabinete de laboratorio de hasta 180 °C o hasta 200 °C sin sufrir daños.
En particular, la invención también se refiere a un dispositivo de gabinete de laboratorio para almacenar muestras de laboratorio, en particular un gabinete de control de temperatura, en particular una incubadora, con un depósito de líquido en el espacio interior del dispositivo de gabinete de laboratorio y un dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 1 para medir un nivel en el depósito de líquido. El dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 1 sirve en particular para medir el nivel del depósito de líquido de un dispositivo de humidificación de aire de una incubadora.
El dispositivo de armario de laboratorio para almacenar muestras de laboratorio es, en particular, un armario de control de temperatura para regular la temperatura de las muestras de laboratorio. Dichos aparatos funcionan con electricidad y presentan una conexión de tensión. Los sensores de temperatura NTC también pueden ser operados a través de estos.
El gabinete de control de la temperatura mantiene la temperatura de las muestras de laboratorio, es decir, mantiene el espacio interior de la carcasa y, por lo tanto, las muestras de laboratorio almacenadas allí dentro de las tolerancias a una temperatura objetivo, en particular, mantiene el espacio interior de la carcasa a una temperatura objetivo que puede ser establecida, en particular por el usuario, mediante el control de la temperatura. Esta puede estar por encima de la temperatura ambiente, como es el caso de un gabinete de calefacción o una incubadora, o puede estar por debajo de la temperatura ambiente, como es el caso de un frigorífico o un congelador. En un dispositivo de gabinete de laboratorio diseñado como gabinete climático, un parámetro climático que prevalece en el espacio interior del gabinete también es controlado preferentemente dentro de las tolerancias. Este parámetro climático puede ser la humedad, y/o una concentración de gas, por ejemplo, una concentración de CO2, N2 y/o O2. Una cámara climática de este tipo es, por ejemplo, una incubadora de CO2 para muestras de laboratorio consistentes en cultivos de células vivas.
Las cámaras de temperatura o incubadoras de CO2 se utilizan para mantener las células en cultivo celular bajo condiciones ambientales controladas en los laboratorios biológicos y médicos, permitiendo así el crecimiento de células vivas in vitro. Para ello, el equipamiento de la incubadora conserva en los valores deseados la temperatura y la composición del gas o la humedad de la atmósfera en el interior de una cámara de incubación aislada del entorno. Las células eucariotas requieren incubadoras de CO2. La atmósfera está formada por aire con un determinado contenido de CO2 y O2 y una determinada humedad relativa de más de 90 %, especialmente de 95 %, una temperatura adecuada suele ser de 37 °C, pero puede ser ajustada por el usuario en función de las necesidades de las muestras del laboratorio.
El recinto del dispositivo de gabinete de laboratorio es preferentemente un recinto exterior, cuyas paredes están en contacto con el medio ambiente. Sin embargo, el recinto también puede ser un recinto interior situado dentro de un recinto exterior. Por ejemplo, una incubadora puede tener al menos una cámara que sirva de alojamiento interior, que se puede cerrar con al menos una puerta de alojamiento o de cámara. En la posición cerrada, la puerta de la carcasa cierra preferentemente el espacio interior de la carcasa de forma hermética al gas, lo que se consigue en particular mediante al menos un dispositivo de sellado de la puerta de la carcasa o del marco de la abertura de la carcasa. Sin embargo, la invención también se refiere, en principio, a dispositivos de gabinete de laboratorio con una carcasa que no sella completamente el espacio interior de la carcasa del medio ambiente.
El dispositivo de gabinete de laboratorio incluye preferentemente un dispositivo de sujeción para sostener el primer y/o el segundo sensor de temperatura NTC a una distancia de una pared interior y una pared inferior del dispositivo de gabinete de laboratorio, en particular a una distancia de una pared interior y una pared inferior de una carcasa o una cámara del dispositivo de gabinete de laboratorio. En particular, se proporciona una condición de funcionamiento normal del dispositivo de gabinete de laboratorio, también denominada "primera condición", durante la cual el primer sensor de temperatura NTC se dispone fuera del líquido del depósito de líquido del dispositivo de gabinete de laboratorio y el segundo sensor de temperatura NTC se dispone dentro del líquido del depósito de líquido. En particular, se proporciona una condición de funcionamiento de fallo del dispositivo de gabinete de laboratorio, también denominada "segunda condición", durante la cual el primer sensor de temperatura NTC se dispone fuera del líquido del depósito de líquido del dispositivo de gabinete de laboratorio y el segundo sensor de temperatura NTC se dispone fuera del líquido del depósito de líquido. El dispositivo del gabinete de laboratorio y/o su dispositivo de control y/o su dispositivo de medición se disponen para distinguir el estado de funcionamiento de fallo del estado de funcionamiento normal mediante la medición del valor de comparación y, en particular, para emitir información sobre la aparición del estado de funcionamiento de fallo al usuario a través de un dispositivo de interfaz de usuario.
Otras modalidades preferidas del dispositivo de gabinete de laboratorio de acuerdo con la invención se pueden tomar de la descripción de las modalidades de acuerdo con las figuras.
Se muestra:
La Figura 1a muestra una vista lateral esquemática de un dispositivo de gabinete de laboratorio provisto de un dispositivo de medición de nivel ilustrativo de acuerdo con la invención, en un primer estado en el que el segundo sensor de temperatura NTC se dispone dentro del líquido del depósito de líquido del dispositivo de gabinete de laboratorio.
La Figura 1b muestra una vista lateral esquemática de un dispositivo de gabinete de laboratorio provisto de un dispositivo de medición de nivel ilustrativo de acuerdo con la invención, en un segundo estado en el que el segundo sensor de temperatura NTC ya no se dispone dentro del líquido del depósito de líquido del dispositivo de gabinete de laboratorio.
La Figura 2 muestra un dispositivo de sujeción para sostener el primer y segundo sensor de temperatura NTC de un dispositivo de medición de nivel ilustrativo de acuerdo con la invención, que puede usarse en particular en el gabinete de laboratorio de acuerdo con las Figura 1a, 1b.
La Figura 3 muestra el diagrama de un valor de comparación "Vout", que fue determinado continuamente por el dispositivo electrónico de medición de un dispositivo de medición de nivel ilustrativo de acuerdo con la invención, mientras que el segundo sensor de temperatura NTC fue retirado del líquido en un momento determinado (después de 750 seg.).
La Figura 4 muestra el principio del circuito de una fuente de energía controlada por tensión utilizada en el dispositivo electrónico de medición de un dispositivo de medición de nivel ilustrativo de acuerdo con la invención, en particular en el circuito de la Figura 5.
La Figura 5 muestra el diagrama del circuito del dispositivo electrónico de medición de un dispositivo de medición de nivel ilustrativo de acuerdo con la invención, que se utiliza en particular en el dispositivo de medición de nivel de las Figuras 1a, 1b.
La Figura 1a muestra un dispositivo de gabinete de laboratorio 100 provisto de un dispositivo de medición de nivel 1 en un primer estado, en el que el segundo sensor de temperatura NTC 12 se dispone dentro del líquido 32 del depósito de líquido 31 del dispositivo de gabinete de laboratorio 100. La Figura 1b muestra el mismo dispositivo de gabinete de laboratorio 100 en un segundo estado, en el que el segundo sensor de temperatura NTC 12 ya no se dispone dentro del líquido 32 del depósito de líquido 31 del dispositivo de gabinete de laboratorio, por ejemplo, debido a la evaporación del líquido, en particular del agua.
El dispositivo 100 del gabinete de laboratorio es en el presente caso una incubadora de CO2 para el crecimiento de cultivos de células vivas. La incubadora 100 se muestra de forma simplificada. Dispone de una carcasa 102 que aísla térmicamente el espacio interior 101 a temperatura controlada (temperatura regulada) 37 °C del entorno. La abertura de la carcasa está cerrada por una puerta de la carcasa 103 y permite el acceso al espacio interior 101. En el espacio interior se encuentran los anaqueles perforados 106, y en el fondo del espacio interior se encuentra el depósito de líquido 31, diseñado como una bañera, en el que el líquido se dispone horizontalmente, siguiendo la gravedad, y paralelo a la placa inferior de la carcasa. La pared posterior 104 de la carcasa es perpendicular a la placa base y, por tanto, se dispone verticalmente. El dispositivo de sujeción 5 de la incubadora está montado en el espacio interior de esta pared trasera en el espacio interior 101 de la incubadora.
El dispositivo de sujeción 5 de la incubadora tiene un primer brazo de sujeción 5a que se extiende horizontalmente y que está unido a la pared posterior 104. El segundo brazo de sujeción 5b está unido al lado verticalmente orientado hacia abajo del primer brazo de sujeción 5a. El primer sensor de temperatura NTC 11 está fijado al extremo del primer brazo de sujeción 5a, el segundo sensor de temperatura NTC 12 está fijado al extremo del segundo brazo de sujeción 5b. Debido a esta disposición, el primer sensor de temperatura NTC 11 está siempre por encima de la superficie del líquido 30 y, por tanto, siempre fuera del líquido. El primer sensor de temperatura NTC 11 está básicamente siempre adyacente a la atmósfera gaseosa (aire con composición controlada de CO2, H2O) del espacio interior 101. El segundo sensor de temperatura NTC 12 se extiende siempre dentro del líquido en el primer estado de un depósito de agua 31 suficientemente lleno, como se muestra en la Figura 1a. En caso (de fallo) o en el segundo estado de un depósito de agua 31 insuficientemente lleno, como se muestra en la Figura 1b, el segundo sensor de temperatura NTC 12 ya no está en contacto con el líquido de la superficie del líquido 30. En el primer estado, el nivel medido desde el fondo del depósito de agua 31 tiene la altura h1. En el segundo estado, el nivel medido desde el fondo del depósito de agua 31 tiene la altura h2.
El dispositivo de medición de nivel está enmarcado en la Figura 1a y 1b con un rectángulo discontinuo con el signo de referencia 1. El primer brazo de soporte 5a se proyecta a través de un puerto en la pared trasera 104 de la carcasa hacia la cámara de control 105 de la incubadora, en la que se disponen la fuente de alimentación 2, el dispositivo electrónico de medición 3 y el dispositivo de evaluación 4.
El dispositivo de medición de nivel 1 sirve para medir el nivel 30 en el depósito de líquido 31 y comprende: un primer sensor de temperatura NTC 11, que normalmente puede estar o se dispone fuera del líquido 32 del depósito de líquido 31, un segundo sensor de temperatura NTC 12, que normalmente puede estar o se dispone dentro del líquido 32 del depósito de líquido 31. El dispositivo de medición de nivel 1 tiene un dispositivo de suministro de energía 2 desde el que se suministra energía al primer sensor de temperatura NTC 11 y al segundo sensor de temperatura NTC 12 de tal manera que el primer sensor de temperatura NTC 11 y el segundo sensor de temperatura NTC 12 tienen cada uno una temperatura de exceso T_nTc que es mayor que la temperatura T_innen en el espacio interior 101 del dispositivo de gabinete de laboratorio. Por ejemplo, si T_innen = 37 °C, T_NTC es preferentemente de 4 a 15 °C más alta, en particular entre 40 y 50 °C.
El dispositivo electrónico de medición 3 se configura para detectar una primera variable eléctrica del primer sensor de temperatura NTC 11 que está influenciada por la temperatura del primer sensor de temperatura NTC 11, por ejemplo, un cambio de tensión en el primer sensor de temperatura NTC, y para detectar una segunda variable eléctrica del segundo sensor de temperatura NTC 12 que está influenciada por la temperatura del segundo sensor de temperatura NTC 12, por ejemplo, un cambio de tensión en el segundo sensor de temperatura NTC, y determinar un valor de comparación, por ejemplo "Vout" en las figuras 3 y 5, mediante una comparación continua, es decir, una comparación realizada a intervalos de tiempo cortos entre, por ejemplo, 50 ms y 1 min, de la primera y la segunda variable eléctrica.
El dispositivo de evaluación 4 comprende un dispositivo de almacenamiento de datos y un dispositivo de procesamiento de datos (cada uno de ellos no mostrado), que se dispone para distinguir el segundo valor de comparación del primer valor de comparación comparando el valor de comparación medido continuamente con un valor de referencia almacenado en el dispositivo de almacenamiento de datos.
El dispositivo electrónico de medición 3 se dispone para determinar un primer valor de comparación cuando el nivel 30 en el depósito de líquido está por encima del segundo sensor de temperatura NTC 12, como se muestra en la Figura 1a, y para detectar un segundo valor de comparación que difiere del primer valor de comparación cuando el nivel 30 en el depósito de líquido ha caído por debajo del segundo sensor de temperatura NTC 12. En la Figura 3, el primer valor de comparación Vout es aproximadamente Vout=4 V en el tiempo t=0, el segundo valor de comparación Vout es Vout=0 V en el tiempo t=2500 seg. El dispositivo de evaluación 4 decide, con base en un valor de referencia V0 almacenado en el dispositivo de almacenamiento de datos del dispositivo de evaluación 4, si el nivel del depósito de líquido ha descendido por debajo del nivel mínimo permitido. El valor V0 es un valor umbral y en este caso es aproximadamente V0=1,5 V, que se alcanza aquí en el tiempo t= 2200 seg., en el diagrama de la Figura 3 esto es aproximadamente 1450 seg., después de que el segundo sensor de temperatura NTC 12 haya sido retirado para fines de prueba del baño de agua 32 en el que fue colocado en el tiempo t=0.
Se puede observar en la Figura 3 que el segundo sensor de temperatura NTC 12, después de ser colocado en el agua, requiere un tiempo de aproximadamente 120 seg. hasta que se alcanza un equilibrio de estado estacionario de la temperatura del sensor NTC que resulta de la entrada de energía de la fuente de alimentación del sensor y la disipación de calor a través de su superficie de contacto del sensor. La progresión de la curva entre t=750 seg. y t=2500 seg. resulta del hecho de que la superficie de contacto del sensor todavía está mojada por un menisco del líquido 32 durante un tiempo antes de que el líquido deje de estar en contacto con la superficie de contacto del sensor y la medición diferencial entre el primer y el segundo sensor de temperatura NTC dé como resultado una tensión de comparación de 0 V.
El dispositivo de evaluación 4 comprende un dispositivo de almacenamiento de datos y un dispositivo de procesamiento de datos, cada uno de los cuales no se muestra aquí, que se disponen para distinguir el segundo valor de comparación del primer valor de comparación mediante la comparación del valor de comparación medido continuamente con un valor de referencia almacenado en el dispositivo de almacenamiento de datos.
El dispositivo electrónico de medición 3 se dispone de tal manera que el primer y segundo sensor de temperatura NTC se disponen en un circuito de puente 200, véase la Figura 5. La tensión de puente Vout del circuito de puente 200 se utiliza como primer y segundo valor de comparación respectivamente. El dispositivo electrónico de medición 3 tiene una fuente de energía controlada por tensión como circuito electrónico 400 (véase la Figura 4), cuya tensión de entrada es la tensión del puente. La energía de salida se utiliza para generar una tensión de salida referenciada a tierra a través de una resistencia de carga, que va a una entrada del convertidor A/D.
En la Figura 5, el primer sensor de temperatura NTC está etiquetado como "X2, NTC_2k186_3390", el segundo sensor de temperatura NTC está etiquetado como "X3, NTC_2k186_3390". La tensión de entrada es la tensión del puente de los sensores de temperatura NTC (medición diferencial). La energía de salida del amplificador operacional se utiliza para generar una tensión de salida relacionada con la tierra con R4, que va a una entrada del convertidor A/D. La sensibilidad (ganancia) del circuito se ajusta con R2. D1 limita la tensión de entrada del convertidor A/D. Se aplica:
Figure imgf000007_0001
R3/R7 ajustan la energía de medición de los NTC para que haya un calentamiento apreciable.
El dispositivo de medición de nivel comprende el dispositivo de sujeción 5 para sostener el primer y/o el segundo sensor de temperatura NTC a una distancia de la pared interior 104 del dispositivo de gabinete de laboratorio, que se explica con referencia a la Figura 2. El dispositivo de sujeción 5 tiene un brazo de sujeción 5a que puede fijarse a una pared interior del dispositivo de gabinete de laboratorio 100 y que porta el primer sensor de temperatura NTC 11 y al que está unido un segundo brazo de sujeción 5b elásticamente deformable, que está previsto para la disposición verticalmente dirigida hacia abajo y que porta el segundo sensor de temperatura NTC 12. El dispositivo de sujeción 5 tiene un dispositivo de cápsula 14 hecho de un primer material M1 y al menos una superficie de contacto del sensor 11a, 12a del primer y/o segundo sensor de temperatura NTC 11, 12 hecho de un segundo material M2, de manera que el dispositivo de cápsula 14 encierra las dos superficies de contacto del sensor 11a, 12a. El dispositivo de la cápsula 14 y las dos superficies de contacto de los sensores 11a, 12a delimitan hacia el exterior el primer y segundo sensor de temperatura NTC 11, 12. El segundo material M2 tiene una mayor conductividad térmica que el primer material M1. El primer material M1 es un plástico, en particular caucho o un elastómero, y el segundo material M2 es aquí acero inoxidable. De este modo, se ha resuelto el problema técnico inherente a la selección de los sensores de temperatura NTC y al diseño mecánico del dispositivo de la cápsula 14 de los sensores de temperatura NTC. Dado que el sensor de temperatura NTC transfiere la energía calórica al dispositivo de la cápsula, el sensor de temperatura NTC debe ser lo suficientemente grande y el dispositivo de la cápsula debe estar construido de tal manera que el sensor de temperatura NTC se caliente hasta la temperatura de exceso T_NTC, en este caso aproximadamente 50 °C, de forma apreciable. Los tipos de baja resistencia (R25 aproximadamente 1k -2k) son especialmente adecuados para los sensores, porque de lo contrario la tensión de alimentación preferida (24V) no es suficiente para proporcionar la energía necesaria. Dado que los sensores de temperatura NTC deben ser adecuados para 180 °C, se prefieren los tipos pasivados por vidrio.
El primer sensor de temperatura NTC 11 y su superficie de contacto de sensor 11a y el segundo sensor de temperatura NTC 12 y su superficie de contacto de sensor 12a están encerrados cada uno en un zócalo de tipo cilíndrico 11b, 12b, de modo que el dispositivo de la cápsula 14, el zócalo 11b, 12b del primer y el segundo sensor de temperatura NTC 11, 12 y la al menos una superficie de contacto de sensor 11a, 12a delimitan el primer y segundo sensor de temperatura NTC 11,12 hacia el exterior. El zócalo 11b, 12b se hace de un tercer material M3, en este caso polieteretercetona (PEEK), y por tanto es resistente a la temperatura y químicamente inerte. El soporte 5, el primer sensor de temperatura NTC 11 y el segundo sensor de temperatura NTC 12 están fabricados con materiales que soportan temperaturas operativas del espacio interior del dispositivo de gabinete de laboratorio de hasta 180 °C.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un dispositivo de medición de nivel (1) para medir un nivel (30) en un depósito de líquido (31) en el espacio interior (101) de un dispositivo de gabinete de laboratorio (100), que comprende
    un primer sensor de temperatura NTC (11) que puede disponerse fuera del líquido (32) del depósito de líquido (31),
    un segundo sensor de temperatura NTC (12) localizable dentro del líquido (32) del depósito de líquido (31), medios de alimentación (2) para suministrar energía al primer sensor de temperatura NTC (11) y al segundo sensor de temperatura NTC (12) de manera que el primer sensor de temperatura NTC (11) y el segundo sensor de temperatura NTC (12) tengan cada uno un exceso de temperatura (T_NTC) mayor que la temperatura (T_innen) en el espacio interior (101) del dispositivo de laboratorio, y
    un dispositivo electrónico de medición (3) que se configura para detectar una primera variable eléctrica del primer sensor de temperatura NTC (11) que está influenciada por la temperatura del primer sensor de temperatura NTC (11) y para detectar una segunda variable eléctrica del segundo sensor de temperatura NTC (12) que está influenciada por la temperatura del segundo sensor de temperatura NTC (12), y para determinar un valor de comparación por comparación continua de la primera y la segunda variable eléctrica, caracterizada por
    un dispositivo de sujeción (5) para sujetar el primer y el segundo sensor de temperatura NTC a una distancia de una pared interior y una pared inferior del dispositivo de gabinete de laboratorio (100), en donde el dispositivo de sujeción (5) tiene un brazo de sujeción (5a) que puede fijarse a la pared interior del dispositivo de gabinete de laboratorio (100) que porta el primer sensor de temperatura nTc (11) y al que se une un segundo brazo de sujeción elásticamente deformable (5b), que está previsto para una disposición verticalmente dirigida hacia abajo y que porta el segundo sensor de temperatura NTC (12).
  2. 2. Un dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo electrónico de medición se dispone para determinar un primer valor de comparación cuando el nivel (30) en el depósito de líquido está por encima del segundo sensor de temperatura NTC (12), y para detectar un segundo valor de comparación que difiere del primer valor de comparación cuando el nivel (30) en el depósito de líquido ha caído por debajo del segundo sensor de temperatura NTC (12).
  3. 3. Un dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende un medio de evaluación (4) con un medio de almacenamiento de datos y un medio de procesamiento de datos adaptado para distinguir un segundo valor de comparación de un primer valor de comparación comparando el valor de comparación medido continuamente con un valor de referencia almacenado en el medio de almacenamiento de datos.
  4. 4. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el valor de comparación es un valor de diferencia, y porque el dispositivo electrónico de medición (3) se dispone para formar una diferencia de la primera variable eléctrica del primer sensor de temperatura NTC (11) y la segunda variable eléctrica del segundo sensor de temperatura NTC (12), y para determinar el valor de comparación formando continuamente la diferencia de la primera y la segunda variable eléctrica.
  5. 5. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo electrónico de medición (3) se configura de tal manera que el primer y el segundo sensor de temperatura NTC se disponen en un circuito de puente (200), y porque la tensión de puente del circuito de puente (200) se utiliza como primer y segundo valor de comparación, respectivamente.
  6. 6. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo electrónico de medición (3) comprende una fuente de energía controlada por tensión como circuito electrónico (400), cuya tensión de entrada es la tensión del puente.
  7. 7. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de sujeción (5) tiene un dispositivo de cápsula (14) hecho de un primer material (M1) y que al menos una superficie de contacto del sensor (11a, 12a) del primer y/o segundo sensor de temperatura NTC (11, 12) de un segundo material M2), de manera que el dispositivo de la cápsula (14) encierra la al menos una superficie de contacto del sensor (11a, 12a) y el dispositivo de la cápsula (14) y la al menos una superficie de contacto del sensor (11a, 12a) delimitan el primer y/o el segundo sensor de temperatura NTC (11, 12) hacia el exterior.
  8. 8. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el segundo material (M2) tiene una mayor conductividad térmica que el primer material (M1).
  9. 9. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el primer material (M1) es un plástico y el segundo material (M2) es un metal, en particular acero inoxidable.
  10. 10. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el primer sensor de temperatura NTC (11) y su superficie de contacto del sensor (11a) y/o el segundo sensor de temperatura NTC (12) y su superficie de contacto del sensor (12a) están encerrados cada uno en un zócalo (11b, 12b), de manera que el dispositivo de la cápsula (14), el zócalo (11b, 12b) del primer y/o del segundo sensor de temperatura NTC (11, 12) limiten directamente y la al menos una superficie de contacto del sensor (11a, 12a) del primer y/o del segundo sensor de temperatura NTC (11, 12) limiten indirectamente hacia el exterior.
  11. 11. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el zócalo (11b, 12b) está formado por un tercer material (M3), en particular polieteretercetona (PEEK).
  12. 12. Dispositivo de medición de nivel de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de retención (5), el primer sensor de temperatura NTC (11) y el segundo sensor de temperatura NTC (12) están fabricados con materiales que soportan temperaturas de funcionamiento del espacio interior del dispositivo de gabinete de laboratorio de hasta 180 °C.
  13. 13. Dispositivo de gabinete de laboratorio (100) para almacenar muestras de laboratorio, en particular un gabinete de control de temperatura, que comprende un depósito de líquido (31) en el espacio interior (101) del dispositivo de gabinete de laboratorio (100) y un dispositivo de medición de nivel (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 para medir un nivel (30) en el depósito de líquido (31).
  14. 14. Uso del dispositivo de medición de nivel (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 para medir el nivel del depósito de líquido de un dispositivo de humidificación de aire de una incubadora.
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