CN105705916A - 用于校准滴管的称量器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种称量器，其具有称量室(16)、包围称量室(16)的防风部(23)、可拆卸地布置在称量室(16)内的气候模块(34)、布置在称量器里的并且提供蒸发率校正值的处理器(32)、布置在称量器上的数据输入单元和可以在气候模块(34)与处理器(32)之间交换数据的数据传输路径。本发明还涉及一种用于可松脱地电联接到称量器上的气候模块，其中，气候模块(34)形成封闭的结构单元，并且具有空气压力传感器(62)、空气湿度传感器(54)和空气温度传感器(52)以及数据传输路径的一部分，数据能够经由数据传输路径送到气候模块之外的处理器中。本发明最后还涉及一种用于借助称量器校准滴管的方法，其中，在校准过程期间确定蒸发率，并且依据所确定的蒸发率校正测量。

Description

用于校准滴管的称量器

技术领域

本发明涉及一种用于校准滴管的称量器以及一种用于校准滴管的方法。

背景技术

为了通过重量分析来校准滴管而使用高分辨率的精密称量器、分析称量器、半微量称量器、微量称量器或者超微量称量器，下面都被称为称量器。

在借助称量器通过重量分析来校准滴管的额定容积时，待确定的液体体积从滴管尖端输出到称量容器中，并且借助称量值确定被输出的液体量的体积。在此公知的是，考虑到多个参数，例如空气温度、液体密度、空气湿度以及空气压力，这是因为这些参数对称量值产生影响。例如，空气温度和空气湿度会影响检验液体的蒸发率。

按照标准，体积被校准到1μl的精度。恰恰在最小的体积下，不能忽略液体蒸发进而误差对称量结果和校准滴管的精确度的影响。

为了在称量期间将检验液体的蒸发量保持得很小，在滴管校准应用中使用所谓的布置在称量室内的防蒸发阱。防蒸发阱被填充了水，这通过蒸发使称量室内的空气体积以水分高度饱和。以这种方式能够达到最高90％的相对空气湿度。

尽管如此，在使用防蒸发阱的情况下也不能够完全阻止一部分检验液体在校准过程期间蒸发。原因是，滴移过程本身会导致空气移动并且导致称量室和周围环境之间的空气交换，由于空气交换，所以空气体积的饱和度发生波动。

此外，在待校准的滴管输出特定的液体体积后，在称量时不能够立即获得有效的测量值，而是必须等待一段时间。考虑到因为蒸发造成的错误，这个持续时间应该小于60秒。根据经验，与称量器的分辨率、操作和类型相关地，这个持续时间在5到20秒的大小范围内。不可阻止的是，在这个过程期间已经有一部分待测量的液体蒸发并且由此得到错误的测量结果。在体积很小时，这个效果显得过为明显。

因此，在现有技术中公知的是，通过设定的蒸发率来校正称量值。这种蒸发率基于实验针对特定的容器几何结构和称量室内的相对湿度值来确定，并且例如在0.05μg/s到例如4.6μg/s之间，其中，在使用防蒸发阱的情况下滴移到细颈瓶时为0.05μg/s，防蒸发阱在称量室关闭时确保90％的相对湿度；而在使用防蒸发阱的情况下滴移到烧杯中时为4.6μg/s，防蒸发阱在称量室敞开时导致小于90％的相对湿度。这些值适用于对于按照ISO3696标准质量为3的作为滴移液体的蒸馏水或去离子水。在校准滴管时，一般为蒸发设定固定的值。

可以轻易发现的是，蒸发对测量误差的影响是不可忽略的。在将蒸发率设定在0.26μg/s的情况下，在针对称量器的操作和振荡的12秒的过程时间中得到3.12μl的蒸发体积。根据EN-ISO8655-6在1μl到10μl的测量范围内的标准测量不确定度为2μl。因此，所设定的蒸发量大于测量误差。在此，所设定的0.26μg/s的蒸发率还是一个比较小的值；在文献中有时候提到明显更高的值。

为了减少环境对测量精确度的影响，在现有技术中针对质量确定所不同的措施是公知的。

对于比较器式称量器来说公知的是，通过两个质量和密度都预先已知的参考物体之间的比较测量来确定空气浮力。

公知的是，温度、空气压力和湿度影响称量器本身。出于这个原因，为了补偿在环境参数变化时发生的称量值的变化，在设备中存储有校正因数，例如以曲线或表格的形式。为此，在称量单元的周围环境内，例如在实验室内布置有温度及空气湿度传感器，然后经由这些传感器依据变化的环境条件自动地完成对称量器本身的校正。

因此，DE3714540C2描述了一种用于自动校准高分辨率电子称量器的方法，其中，为了校准称量器本身而考虑到在外部检测到的环境影响，例如温度变化和湿度变化。相应的校准因数由电脑获知，并且校正称量结果。

由DE29912867U1公知一种具有用于环境参数的测量值记录仪的分析称量器，其中，在称量室的后壁上设置有显示器。在显示器中显示出称量室内的温度和称量室内的空气湿度，以及通常示出普遍存在的空气压力。在此考虑的是，在潮湿的空气中实现对称量物体的表面的加湿，其依赖于空气湿度的变化。因此，操作人员通过显示器得知的是，例如在空气湿度变化时，称量物体应该更长时间地处在称量室内，以便达到经加湿的稳定的最终值。如果发生强烈的空气压力变化，那么操作人员可以进行所谓的浮力校正，其方法是，操作人员将显示的数据经由输入单元提供给称量器中的处理器。至于温度，其用于获知与参考温度的偏差，并且考虑相应的校正因数。

最后还存在可调节气候的测量室，称量器就放在其中。在这里，测量室的由传感器获知的气候数据输入特殊的软件中。然后，软件获知相应的校正参数，这些校正参数手动地或者自动地输入到称量器中。

然而，所有这些措施本身不适于提升在校准滴管时的测量精确度，这是因为这些传感器最好放置在称量器的附近，而不是放置在称量器上或称量器中。

发明内容

本发明的任务是提供一种称量器，其是紧凑的，并且以较小的耗费确保在校准滴管时提升测量精确度。

为了解决该任务，根据本发明设置有一种称量器，其具有称量室、包围称量室的防风部、可拆卸地布置在称量室内的气候模块、布置在称量器中的并且例如通过从蒸发率校正表格里读取或者通过计算提供蒸发率校正值的处理器、布置在称量器上的数据输入单元和数据传输路径，利用数据传输路径可以在气候模块和处理器之间交换数据。为了解决该任务还设置有用于以可松脱的方式电联接到称量器上的气候模块，其中，气候模块形成封闭的结构单元，并且具有空气压力传感器、空气湿度传感器和空气温度传感器以及一部分数据传输路径，经由数据传输路径能够将数据发送给气候模块之外的处理器。

本发明基于以下基本思想，使得以如下方式提升校准过程的精确度，即，一方面通过气候模块提供影响称量器的称量值的气候值。这使得能够直接在称量器内适当地校正称量值。另一方面，称量器本身能够根据气候值获知防风部内的较切合实际的蒸发率，其是校正称量结果的基础。于是不必以预限定的、设定的蒸发率工作，而是可以以独有的、当前确定的蒸发率工作，其在考虑到防风部内的实际的环境条件的情况下从预限定的设定值出发地被修改，或者也可以完全重新被确定。

此外还得到以下优点，即，所有对于校正称量值来说必要的构件和功能都集合在称量器内。所以不需要外部的电脑、传感器等等。作为代替，可以给使用者提供紧凑的测量实验室，这个测量实验室甚至可以实施为可运输的。因为气候模块是可更换的(也就是能够无损地从称量器上松脱)，所以其可以根据需要送至外部的研究所或服务商进行校准。在此期间，称量器可以继续运行，其方法是使用更换式气候模块。因此可以总是轮流地对一个或者(有多个称量器时)多个气候模块进行校准，而用其余的气候模块进行测量。

就气候模块而言还有另一优点，即，可以配备比较旧的称量器。为此除了数据传输路径以外仅必须补充处理器的软件。

就精确度而言，根据本发明的称量器具有以下优点，即，测量防风部内(而不仅是称量器所在的空间内)的气候数据。此外，因为气候数据自动地传送给处理器，所以能够实际上杜绝传输故障，例如，传输故障在按照DE29912867U1将来自所谓的校准证的值传输到校准软件中的情况下是可能的。

根据实施方式设置的是，气候模块通过电插接部或无线连接与处理器相连。在插接部的情况下，插接部可以整合到机械容纳部中，这个机械容纳部用于将气候模块安置在称量器上。以这种方式，当气候模块在防风部内布置在其位置上时，就自动建立通往处理器的数据传输路径。在无线连接的情况下，气候模块可以布置在防风部内的任意位置上，例如布置在最少地受干扰的侧壁上，而不必考虑在这个部位上是否可以合理地布置插接部。此外，放弃插接部反而是有利的，从而可以使称量腔的内部空间更光滑进而能更好清洁地实施。

气候模块优选包含空气压力传感器、空气湿度传感器和空气温度传感器。利用这些传感器可以记录对于精密测量来说重要的气候数据。

附加地可以设置的是，在称量室内存在有用于确定电离度的传感器，它与处理器联接。由此能够确定附加的参数，并且在校正称量值时考虑到这个参数。依据所确定的电离度，由处理器产生输出信号。此外还可以通过显示器向使用者示出称量室内的电离度过高并应该导入相应的应对措施。

还可以设置的是，在称量室内存在有光传感器，光传感器与处理器联接。由此能够确定另外的参数，并且在校正称量值的时候被考虑到。处理器可以从预设的光入射起送出输出信号。因此可以确定光入射对称量过程的影响，以便必要时在过程中采取措施。输出信号也可以被显示出来。

根据实施方式可以设置的是，以如下方式构造处理器，使得处理器基于称量室内的空气湿度和空气温度获知至少检验液体的蒸发率。以这种方式能够由气候模块时间上同步地获得在计量学上可溯的气候值用以验收质量值，处理器能够利用这些气候值校正用于通过重量分析来校准滴管的额定容积的重量值。

优选地，在防风部内布置有防蒸发阱或湿润阱。以这种方式能够让防风部内的空气湿度达到尽可能高的值，从而让蒸发率下降。

根据实施方式设置有一种电子存储器，尤其是EEPROM，它能够从外部读取，并且其上可以存储有用于气候模块的校准值和校正值。为了进行调校，可以将校准值和校正值存储在气候模块上的电子存储器上，尤其是EEPROM上。这在外部的服务商处进行。当气候模块随后又联接到称量器上时，这些数据被直接提供给称量器的处理器使用。此外附加地，还可以在存储器上储存至少一些下列用于传感器校准的信息：校准证的编号、当前的校准值、校准日期、校准实验室和处理者的名称以及校准历史。在气候模块的存储器上还可以为每个气候变量储存所谓的不确定值，从而如同例如为了计算蒸发率那样同样通过称量器来实现对蒸发率的不确定度的计算。

根据设计方案设置的是，气候模块也可以用在称量器外部作为独立的单元使用，并且能够通过I²C总线连接到PC的USB端口上。这使得外部校准更加容易。此外，气候模块在其他的应用中可以用于记录空调气候变量，而不用将其连接到称量器上。气候模块的电路板可以为此以小的耗费具有插接凸起部，从而能够连接到USB适配器上。

为了解决上述任务，根据本发明还设置有用于借助称量器来校准滴管的方法，其中，在校准过程期间确定蒸发率，并且通过所确定的蒸发率校正测量。以这种方式显著提升测量精确度或校准过程的精确度，这是因为不必将(不太准确地)设定的预限定的蒸发率作为校准过程的基础，而是将接近真实的、与校准期间的当前气候条件有关的值作为校准过程的基础。

根据设计方案可以设置的是，依据由气候模块提供的气候参数选择预限定的蒸发率。该蒸发率例如可以存储在称量器的处理器内的数据库里。在该实施方式中，气候在一定程度上分成组，并且依据各个组(在简化的示例中：低的空气湿度、中等的空气湿度、高的空气湿度)选择蒸发率，借助蒸发率来确定针对校准过程的校正因数。在此也可以加入温度，这是因为温度也对蒸发率产生影响。

根据替选的设计方案可以设置的是，依据由气候模块提供的气候参数计算出实际的蒸发率。在该设计方案中，由处理器借助实际的气候值确定实际的蒸发率。

根据实施方式设置的是，在整个校准过程期间记录气候值，并且如果气候值的变化已经显示出对校准过程的校正需要以另一蒸发率为基础，那么就基于蒸发率来修改校正因数。该实施方式导致精确度进一步提升，这是因为还补偿了在校准过程期间由防风部内的微气候的变化造成的影响。

附图说明

本发明的其他特征和优点从下面的说明书和下面参照的附图中得出。图中示出：

图1示出了根据本发明的称量器的分解图，

图2示出了根据本发明的、可以在根据本发明的称量器中使用的气候模块的立体图，

图3示出了按照图2的、没有外壳体的气候模块的侧视图，

图4示出了图2的、同样没有外壳体的气候模块的俯视图，

图5示意性地示出了根据本发明的、配有防蒸发阱的称量器，以及

图6示出了通过根据本发明的方法进行滴管校准的流程图。

具体实施方式

在图1中示出了一种高分辨率电子称量器(精密称量器)，它可以在校准滴管时使用。

称量器包括具有基座2的称量单元14，在称量单元内安置有未详尽示出的称量***。称量单元14此外还包括称量室16，它由具有可调节的侧壁18、前壁20以及后壁22的防风部构造成。通过这个防风部将称量室16与周围环境分隔开。称量盘24用于放置称量物。

在这里实施为单独的部分的电子评估***26经由线缆28与称量单元14也电子的方式联接。与这个评估***26联接的显示单元30不仅用作显示器，而且还用作数据输入单元。

在电子评估***26中还安置有处理器32，它从称量单元14获得数据。它此外还包含所有为了称量器的运行所需要的电子器件。

在称量室16中设置有实施为结构上独立的单元的气候模块34，它能够经由可松脱的插接部与后壁22机械地联接(也就是可无损松脱地安置)，优选在没有工具帮助的情况下。

为此，后壁22具有两个相互间隔开的缝隙36，其中锁入有在气候模块的外壳体40上的挠性的卡钩38(参见图2)。

在图2至4中详尽地示出了气候模块34。

外壳体40具有许多开口42，外壳体40的内部通过这些开口进入到称量室16中并且成为称量室16的一部分，从而称量室16内部的气候相应于外壳体40的内部的气候。

气候模块34经由电插接部与后壁22中的相应的插头容纳部44电子式联接。插头容纳部44与处理器32处于电连接。气候模块34上的带有接触部48的插头46***插头容纳部44中。因此，插头46形成电插接部的模块侧的部分。

作为电插接部的替选可以使用无线传输，例如WLAN或者蓝牙。

电插接部(或者替选地使用的无线传输)形成数据传输路径，利用数据传输路径能够将数据从气候模块34传输至处理器32，并且必要时反向传输。

插头46优选地是电路板50的一个区段，在其上面布置有多个用于检测称量室16内的气候的传感器。因此，在电路板50上设置有空气温度传感器52、空气湿度传感器54、直接布置在开口42附近的光传感器56以及用于检测称量室16内的电离度的传感器58，并且还设置有电子存储器60。空气压力传感器62经由保持件64与电路板50机械且电联接。

传感器中的多个也可以集合成组合式传感器。

壁66封闭罩状的外壳体40，从而电路板50的细长的、舌形的、在图4中位于壁66右边的区段可以***后壁22和插头容纳部44中。

每个传感器通过相应的接触部48与处理器32联接。同样地，存储器60与处理器32联接。

然后将称量物放到称量盘24上，也就是从滴管输出，从而使得称量物落到称量盘24上。

空气压力、空气湿度和空气温度通过传感器62、54或52获知，并且相应的数据传送至处理器32。

此外，在存储器60中存储有用于气候模块34的校准值和校正值，它们在校准气候模块34时已存储好。

这种校准在称量器之外进行。为此，气候模块34简单地从称量室16中拔出，而不必松开接线。气候模块34随后送至相应的校准研究所，校准研究所例如将校准证的编号、新的校准值、校准日期、校准实验室和处理者的名称和校准历史储存在存储器60上。之后，当气候模块34再次布置在称量器中时，这些值由应用程序完全或者部分地读取并且直接应用到计算中。

而且还确定光传感器56的和用于确定称量室16中电离度的传感器58的值。

例如，在光入射增强时，在显示器上提供相应的信号，即，例如测量由于太阳辐射的增强进而称量室内的温度的随之改变而是不精确的。因此，由处理器依据光入射来送出输出信号。

存储器60优选地是EEPROM。

此外，在气候模块34和称量器的其余部分之间的连接经由I²C总线实现。

气候模块34可以通过***气候模块中的USB适配器联接到电脑上，以便校准传感器52至58和62，而不必将气候模块34联接到称量器10上。

正如看到的那样，气候模块以如下方式构造，即，气候模块也可以在称量器之外作为独立的单元使用，并且可以经由I²C总线连接到PC的USB端口上。

在处理器32中存储有蒸发率校正表格。表格可以在简单的设计方案中作为值的表格存储，这个表格为不同的气候条件配属不同的蒸发率。在一种更复杂的设计方案中，蒸发率校正表格也可以按照综合特征曲线的方式实施，在综合特征曲线中，依据多个气候参数(例如温度和湿度)存储有相应设定的蒸发率。也可想到的是，蒸发率校正表格以数学公式的形式存储，处理器利用数学公式依据相应当前的气候数据计算出当前设定的、实际的蒸发率或者蒸发率校正值。

借助图5和6紧接着阐述可以如何利用带有气候模块的称量器来校准滴管。

在图5所示的称量器10中，于在此柱形地实施的防风部23内布置有防蒸发阱68，它包含用于蒸发液体(例如水)的容纳室70。在防蒸发阱68内布置有圆筒72，其在称量盘24上静止并且容纳待滴移的液体。

图6以流程图示出了利用对蒸发影响的校正来校准滴管。

当显示单元实施为触摸屏并因此用作数据输入单元时，在校准过程开始的情况下例如可以通过在图5中不可见的显示单元30给称量器输入必要的滴管参数，例如容积或者还有所使用的校准液体。

当待称量的液体体积随后被滴移到圆筒72中时，称量器识别出触发测量过程的负载变化。与此同时，可以从气候模块34中调用气候数据。在预检验气候数据是否在原则上合理之后，处理器32在蒸发率校正表格的帮助下计算出设定的蒸发率。这个蒸发率用于在考虑到滴移液体的蒸发的情况下校正所获知的称量值。

与此同时，处理器32可以在考虑到气候参数的情况下计算出这些气候参数以何种方式不依赖于蒸发率地影响称量值也就是说例如影响称量器的测量不确定度。测量不确定度可以被显示出或者通过某个协议输出。

借助这样校正的称量值可以非常精确地计算出待校准的滴管的容积。如果在当前测量以后校准还是不充分的，那么就需要另一滴移过程。随后重复称量器振荡和校正当前获知的称量值的过程。在该校正时再次考虑到当前实际存在的气候。如果例如称量室内的湿度在第一和第二次测量之间发生改变，那么也考虑改变的蒸发率。以这种方式得到测量的非常高的精度。当该过程结束时，决定滴管是(在这种情况下，滴管被归类为运行正常)否(在这种情况下，滴管被归类为运行不正常并导入进一步的措施，例如维修)满足相应的要求。

附图标记列表

10称量器

12基座

14称量单元

16称量室

18侧壁

20前壁

22后壁

23防风部

24称量盘

26评估***

28线缆

30显示单元

32处理器

34气候模块

36缝隙

38卡钩

40外壳体

42开口

44插头容纳部

46插头

48接触部

50电路板

52空气温度传感器

54空气湿度传感器

56光传感器

58传感器

60存储器

62空气压力传感器

64保持件

66壁

68防蒸发阱

70容纳室

72圆筒

Claims (15)

1.用于校准滴管的称量器，其具有称量室(16)、包围称量室(16)的防风部(23)、能拆卸地布置在称量室(16)内的气候模块(34)、布置在精密称量器中且在其中提供蒸发率校正值的处理器(32)、布置在称量器上的数据输入单元和能够在气候模块(34)与处理器(32)之间交换数据的数据传输路径。

2.按照权利要求1所述的称量器，其特征在于，所述处理器(32)从蒸发率校正表格中提取出蒸发率校正值，或者计算出蒸发率校正值。

3.按照权利要求1或权利要求2所述的称量器，其特征在于，所述气候模块(34)通过电插接部或者无线传输与所述处理器(32)相连。

4.按照以上权利要求中任一项所述的称量器，其特征在于，所述气候模块(34)包含空气压力传感器(62)、空气湿度传感器(54)和空气温度传感器(52)。

5.按照以上权利要求中任一项所述的称量器，其特征在于，存在与所述处理器(32)联接的、用于确定所述称量室(16)内的电离度的传感器(58)。

6.按照以上权利要求中任一项所述的称量器，其特征在于，在所述称量室(16)中存在与所述处理器(32)联接的光传感器(56)。

7.按照以上权利要求中任一项所述的称量器，其特征在于，所述处理器(32)以如下方式构造，使得其基于所述称量室(16)内的气候参数地获知测量不确定度。

8.按照以上权利要求中任一项所述的称量器，其特征在于，在所述防风部内布置有防蒸发阱。

9.用于能松脱地电联接到按照以上权利要求中任一项所述的称量器上的气候模块，其中，所述气候模块(34)形成封闭的结构单元，并且具有空气压力传感器(62)、空气湿度传感器(54)和空气温度传感器(52)以及数据传输路径的一部分，数据能够经由所述数据传输路径发送到所述气候模块之外的处理器中。

10.按照权利要求9所述的气候模块，其特征在于，设置有能够从外部读取的电子存储器(60)，并且在其上能够储存用于所述气候模块(34)的校准值和校正值。

11.按照权利要求9或权利要求10所述的气候模块，其特征在于，所述气候模块也能够在称量器之外作为独立的单元使用，并且能够经由I²C总线连接到PC的USB端口上。

12.用于借助按照权利要求1至8中任一项所述的称量器校准滴管的方法，其特征在于，在校准过程期间确定蒸发率，并且依据所确定的蒸发率校正测量。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，依据由所述气候模块提供的气候参数地选出预限定的蒸发率中的其中一个。

14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，依据由所述气候模块提供的气候参数计算出实际的蒸发率。

15.按照权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，在整个校准过程期间记录所述气候参数，并且如果所述气候参数的变化已经显示出对校准过程的校正需要以另一蒸发率为基础，那么就修改所述蒸发率。