CN105705917A - 具有用于确定测量不确定度的模块的精密称量器或质量比较器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精密称量器,其具有称量室(16)、包围称量室(16)的防风部(18、20、22)、以能拆卸的方式布置在称量室(16)中的气候模块(34)、布置在精密称量器中的处理器(32)、布置在精密称量器上的数据输入单元和数据传输路径,利用数据传输路径能够使数据在气候模块(34)与处理器(32)之间进行交换,其中,处理器(32)包含测量不确定度确定模块(33),利用测量不确定度确定模块能够获知称量器的测量不确定度。本发明还涉及一种气候模块,其用于以能松开的方式电联接到精密称量器上,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,经由数据传输路径能够将数据发送到在气候模块之外的处理器。最后,本发明涉及一种用于确定精密称量器的测量不确定度的方法,精密称量器具有称量室(16),称量室通过防风部相对周围环境分隔开,并且在称量室中布置有空气压力传感器(62)、空气湿度传感器(54)和空气温度传感器(52),其中,传感器(52、54、62)与处理器(32)联接,其中,对受检体形式的称量物件进行称量,并且其中,设置有以下步骤:-借助传感器(52、54、62)获知称量室(16)中的空气压力、空气湿度和空气温度;-对受检体进行称量;-确定称量方法的标准不确定度;-确定受检体的质量的标准不确定度;-获知称量结果的总不确定度。

Description

具有用于确定测量不确定度的模块的精密称量器或质量比较器
技术领域
本发明涉及一种精密称量器或质量比较器。
背景技术
在这种高分辨率的电子的精密称量器和质量比较器中存在的问题在于,有大量的外部参数影响称量的结果。当在对受检体进行质量确定或在进行称量过程的情况下测量误差应当小于10ppm时,操作者不得不还要考虑测量不确定度。
测量不确定度尤其是受到在测量时存在的空气密度的影响,空气密度对受检体的浮力发生作用并且与周围环境温度、空气压力和空气湿度有关。使用者会对测量结果进而对测量不确定度造成影响,这是因为如何执行测量的方式和方法对能够以何种程度准确地再现所确定的测量结果有影响。
在DE3714540C2中描述了一种用于对高分辨率的称量器进行自动校准的方法,在该方法中,称量器执行一系列的检测步骤,在这些检测步骤中,称量器将影响称量结果的干扰参量与极限值进行比较,并且在不超过极限值的情况下执行校准。
在DE29912867U1中示出了一种称量器,其具有至少一个针对气候参数的测量值接收器。测量值在单独的显示单元上输出。
当对称量过程的测量不确定度进行评定时,要考虑所有影响因素。为此例如在OIMLR111国际规程中介绍了如何对不确定度进行评定。为此,在现有技术中公知有用于进行不确定度计算的PC程序和基于Excel的解决方案。将称量器、气候和参考重物的资料输入到在那里被处理的公式中。除了实施计算的PC之外,还需要外部的传感器,利用它们来接收气候数据。PC上的软件从称量器的称量值中、从气候传感器值、所输入的参考重物的参数和其他不确定度参数中计算出针对称量过程的总不确定度。
该解决方案的缺点在于,必须将来自多个***(称量器、用于确定空气密度的气候传感器、参考重物等)的数据传输到PC中。原则上,在此存在有错误输入的风险。还总是需要一台PC用于评估,该PC执行对不确定度的计算并且该PC动用具有信息(例如所使用的参考重物的信息)的数据库。计算机对总的称量过程没有影响;它只能够从称量器中读取称量值。因此,称量器可以简化地被看作提供称量值的传感器。
发明内容
本发明的任务在于,提供一种精密称量器或质量比较器以及一种方法,利用精密称量器或质量比较器或利用该方法简化了对测量不确定度的确定,并且可以将测量不确定度直接与称量结果一起输出。
为了解决该任务,根据本发明设置有精密称量器,其具有称量室、包围称量室的防风部、以能拆卸的方式布置在称量室中的气候模块、布置在精密称量器中的处理器、布置在精密称量器上的数据输入单元以及数据传输路径,利用数据传输路径能够使数据在气候模块与处理器之间进行交换,其中,处理器包含测量不确定度确定模块,利用该测量不确定度确定模块能够获知称量器的不确定度。此外,为了解决该任务还设置有一种用于确定具有称量室的精密称量器或质量比较器的测量不确定度的方法,称量室通过防风部相对周围环境分隔开,并且在称量室中布置有空气压力传感器、空气湿度传感器和空气温度传感器,其中,这些传感器与处理器联接,并且其中,对形式为受检体的称量物件进行称量。根据本发明,在称量过程中,在称量室内的空气压力、空气湿度和空气温度借助传感器获知。此外,对受检体进行称量。然后,例如根据OIMLR111-1来确定以下的不确定度:称量方法的标准不确定度、由于所使用的标准造成的不确定度、称量器的不确定度和空气浮力校正的不确定度。最后,获知针对质量确定的总不确定度。本发明所基于的基本思路在于,将用于确定测量不确定度所必要的所有构件都整合到称量器中。气候模块提供关于存在于受检体周围的也就是在防风部之内的微气候的数据。在称量过程中的微气候的可能的变化也立即应用到对测量不确定度的确定中。没有必要的是,手动输入所获取到的气候数据和它们的不确定度;由此防止了错误输入。由于所有针对确定测量不确定度所必需的部件都整合到称量器本身中,所以该称量器可以根据自给自足的称量实验室的类型地由操作者运输到要实施称量过程的地方去。
一般来说可以设置的是,用户例如在根据OIMLR111-1进行质量校准的情况下可靠地受引导地进行称量过程,并且在此除了常规的质量外还计算实际的质量和所有相关的不确定度。在质量校准结束时,称量器根据预先给定的精度等级发出对检测重物的评价,并且提供了所有用于开具检测合格证书的数据。称量器如质量实验室那样地工作,这是因为所有必要的传感器和用于进行质量确定的数据都被整合到称量器中。
称量器优选包含使用者界面(显示器),以便根据预先给定的流程程序以例如指导用户的方式进行质量校准。在此,质量确定所必需的载荷更替由参考重物和检测重物已知,并且在错误操作时中止质量校准。称量器根据参考重物与受检体之间的质量差的标准偏差来进行似然性测试和评价,并将该标准偏差与先前的标准偏差进行比较。对针对重量的待校准的精度等级的允许的不确定度进行检查与评价。称量器也可以自动地打开防风部的门,以便能够实现载荷更替。用于质量确定的所有必要的传感器都被整合在称量器中,并且所有传感器的不确定度都被存储在称量器中,以便计算针对质量确定的总不确定度。
称量方法的(A类)标准不确定度uw以(在不同日子时的)称量器的平均的标准偏差sp来获知,或替选地从来自参考重物与受检体之间的质量差的标准偏差计算出。参考重物的(B类)不确定度u(mcr)和参考重物的不稳定度Uinst(mcr)被存储在称量器中,并且用于计算总不确定度。空气浮力校正的(B类)不确定度ub从整合在称量器中的针对温度、空气压力和相对空气湿度的气候传感器的不确定度计算出以及从参考重物和受检体重物的密度的不确定度以及用于计算空气浮力校正的公式的不确定度分量中计算出。称量器的不确定度分量uba从由于数字式称量器的显示分辨率所造成的不确定度、由于不居中的负载所造成的不确定度、由于对试样(或者重物)产生磁影响所造成的不确定度和基于称量器的灵敏度的不确定度因数计算出。
为了解决上述任务,气候模块也被设置成用于以能松开的方式电联接到精密称量器或质量比较器上,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数据传输路径的一部分,经由数据传输路径能够将数据发送到气候模块外面的处理器。因为气候模块是能替换的(也就是能够以非破坏性的方式从称量器松开的),所以根据需要,它可以被送给外部的研究所或服务供应商用来进行校准。在此期间,精密称量器或质量比较器可以通过如下方式继续运行,即,使用替换的气候模块。因此,在进行校准时可以总是轮流地使其中一个或(在多个精密称量器的情况下)多个气候模块,而利用其余气候模块进行测量。总体而言,给使用者提供了紧凑的称量实验室,其甚至能够可运输地实施,并且将对于称量值的空气浮力校正所必要的所有的构件和功能都集合到精密称量器或质量比较器中。因此,无需外部的计算机、传感器等。在测量不确定度确定方面得到另外的优点,即,可以改装旧式的称量器。为此,除了数据传输路径外仅需补充处理器的软件。
就精确度而言,根据本发明的精密称量器的优点在于,在防风部中(而并不仅在称量器所处的房间里)测量气候数据。因此,在紧邻受检体附近获知空气密度。此外,因为浮力值和其不确定度被自动转送到处理器,所以实际上杜绝了如将值从所谓的校准证传输到校准软件中时可能的传输错误。
根据实施方式设置的是,气候模块借助电插接部或借助无线传输与处理器连接。插接部可以整合到用于将气候模块安装在精密称量器中的机械容纳部中。以该方式,当在防风部内将气候模块布置在其位置上时,则自动地建立起至处理器的数据传输路径。在使用无线传输的情况下,气候模块可以布置在防风部内部的任意位置中,例如布置在使气候模块受干扰最少的侧壁上,而无需考虑是否可以在该位置上适宜地布置插接部。此外,取消插接部反而有利的是,可以使称量腔的内室更平滑,进而可以以能更好清洁的方式实施。
优选地,气候模块包含有空气压力传感器、空气湿度传感器和空气温度传感器。利用这些传感器可以接收对于精确测量而言重要的气候数据。
可以附加地设置的是,在称量室中存在有用于确定电离度的传感器,该传感器与处理器联接。由此,附加的参数可以被确定并且在对称量值进行校正时可以被考虑到。依赖于确定的电离度地,由处理器产生输出信号,例如以便通过如下方式主动地改变电离度,即,使用电离装置,该电离装置从达到特定的电离度起被激活。此外,显示器也可以对使用者进行如下指示:在称量室的内部的电离度过高并且应当进行去电荷。
也可以设置的是,在称量室中存在与处理器联接的光传感器。由此,另外的参数可以再次被确定并且在对称量值进行校正时可以被考虑到。处理器可以从预先给定的光入射起发送输出信号。因此能够确定光入射对称量过程的影响,以便必要时,在过程本身中采取措施。也可以显示出输出信号。
根据实施方式设置的是,如下这样地构造处理器,即,其基于称量物件的密度地从称量室中的空气压力、空气湿度和空气温度获知至少受检体的空气浮力或浮力校正因数。以该方式,可以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称量值,利用这些气候值能够使处理器校正称量值并且获知质量或常规的质量并显示出来。
根据实施方式设置有电子的存储器,尤其是EEPROM,其能够从外部读取,并能够对针对气候模块的校准值和校正值进行储存。为了调节,校准值和校正值可以储存在气候模块上的电子的存储器上,尤其是EEPROM上。这也可以无需称量器地来进行。当随后又将气候模块联接到精密称量器上时,这些数据直接提供给称量器的处理器。附加地,尤其可以将其中至少一些用于进行传感器校准的以下信息储存在存储器中:校准证的编号、当前的校准值、校准日期、校准实验室和处理人员的名称以及校准历史。在气候模块的存储器上也可以储存所谓的针对每个气候参量的不确定度值,从而例如相较计算空气密度而言,同样地也通过精密称量器来进行计算空气密度的不确定度。
根据设计方案设置的是,气候模块也能够在称量器外部地作为独立的单元使用,并且能够经由I2C总线联接到PC的USB端口上。这便于进行外部的校准。此外,气候模块可以在其它应用中被用来接收气候参量,而无需将其联接到称量器上。气候模块的电路板可以为此以较少的耗费具有插塞突起部,以便可以联接到USB适配器上。
为了解决上述任务,此外还设置了一种用于确定具有称量室的精密称量器的测量不确定度的方法,该称量室通过防风部相对周围环境分隔开,并且在称量室中布置有空气压力传感器、空气湿度传感器和空气温度传感器,其中,这些传感器与处理器联接,并且其中,称量物件以受检体的形式进行称量。在此,在称量室中的空气压力、空气湿度和空气温度借助传感器来获知,并且对受检体进行称量。此外,还确定称量方法的标准不确定度和受检体的质量的不确定度。从中获知称量结果的总不确定度。在所得到的优点方面基于上述的阐述得到证实。
此外可以设置的是,在获知总不确定度时也考虑到先前获知的总不确定度的结果。根据在先前测量中所获知的总不确定度可以一方面进行对当前的所获知的总不确定度的似然性评定。当先前所获知的总不确定度明显小于当前所获知的总不确定度时,那么就可以向使用者提供该称量过程总体上是不令人满意的指示。另一方面,当当前获知的总不确定度明显低于先前称量过程的总不确定度时,那么就可以稍微向上地修正当前所获知的总不确定度。
附图说明
本发明的另外的特征和优点由下面的描述并且由下列参考用的附图得到。其中:
-图1示出根据本发明的精密称量器的分解视图;
-图2示出根据本发明的气候模块的立体图,该气候模块能够用在根据本发明的精密称量器中;
-图3示出不具有外壳体的根据图2的气候模块的侧视图;
-图4示出同样不具有外壳体的图2的气候模块的俯视图;
-图5示出流程图,其反映了用于运行称量器的方法;并且
-图6示出流程图,其反映了用于确定以称量器执行的根据OIMLR111-1的质量对比的总不确定度的方法。
具体实施方式
在图1中示出了高分辨率的电子的精密称量器,在该实施例中,该精密称量器能够实现在根据OIMLR111-1以及根据ASTME617-13的所有精度等级中的质量对比。
精密称量器包括具有基座12的称量单元14,未详细示出的称量***10安装到该称量单元中。此外,称量单元14还包括称量室16,其由防风部构成,该防风部具有能调节的侧壁18、前壁20以及后壁22。经由防风部可以使称量室16相对周围环境分隔开。称量盘24用于撑托称量物件。
在此实施为单独的部分的电子的评估***26经由线缆28与称量单元14电联接。与评估***26联接的显示单元30既用作显示器也用作数据输入单元。
在电子的评估***26中尤其是安装有处理器32,其从称量单元14获得数据。
此外,在电子的评估***26中设置有测量不确定度确定模块33,利用其能够获知当前的称量过程的测量不确定度。此外,在测量不确定度确定模块33中还集成有存储器,在存储器中存储有先前的称量过程的总不确定度。
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,该气候模块经由能松开的插接部能够机械地与后壁22联接(也就是以非破坏性的方式能松开地安装),而且优选不借助工具的帮助。
为此,后壁22具有两个彼此间隔开的缝隙36,在气候模块的外壳体40上的挠性的卡锁钩38(也参见图2)锁入到这些缝隙中。
在图2至图4中详细示出了气候模块34。
外壳体40具有许多开口42,外壳体40的内部经由这些开口进入到称量室16中,并且成为称量室16的部分,从而使在称量室16内部的气候与外壳体40的内部中的气候相应。
气候模块34电子式地经由电插接部与在后壁22中的相应的插头容纳部44联接,插头容纳部44与处理器32处于电连接。插头46以在气候模块34上的接触部48***到插头容纳部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地,可以使用无线传输,例如WLAN或蓝牙。
电插接部(或作为替选使用的无线传输)形成数据传输路径,利用其能够将数据从气候模块34向处理器32传输并且在必要时反向传输。
插头46优选是电路板50的区段,在电路板上布置有多个用于检测称量室16中的气候的传感器。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中的电离度的传感器58,还设置有电子的存储器60。空气压力传感器62经由支架64与电路板50机械地且电地联接。
还可以将传感器中的多个集合成组合的传感器。
壁66封闭壳状的外壳体40,从而使电路板50的窄的、舌状的、位于图4中壁66右边的区段能够***到后壁22和插头容纳部44中。
每个传感器48经由相应的接触部48与处理器32联接。同样地,存储器60与处理器32联接。
当称量器作为比较器式称量器运行时,称量器根据以下的方法工作,该方法结合图5阐述:
在步骤100和102中,将称量物件(受检重物,也被称为受检体B的,以及参考重物A)的密度例如经由显示单元30输入到比较器式称量器中,该显示单元同时例如也经由触摸屏被用作数据输入单元。替选地,称量物件的密度可以是已经被存储起来的。
将称量物件放置在称量盘24上,更确切地说根据预先给定的流程步骤,例如首先放置参考重物A,然后放置受检体B两次并且最后再次放置参考重物A。这涉及到对比称量(双替换),由这种对比称量,在步骤104中得到称量器的显示差。也有其他流程步骤是可行的,例如用ABA代替ABBA。
在步骤106中由传感器62、54或52来获知空气压力、空气湿度和空气温度,然后,这些传感器将相应的数据转发到处理器32。
在处理器32中确定空气密度,参见步骤108。在步骤110中,在处理器中利用输入的密度获知空气浮力校正因数并且/或者与空气压力、空气湿度、空气温度以及称量物件的密度相关地获知称量物件的空气浮力,并且在步骤112中确定受检体B的常规的称量值,也就是说,确定受检体B的以其空气浮力校正过的质量并且作为记录反映在显示单元30中,其中,参考重物的常规的质量114被用到对受检体的常规的质量的确定中。
此外,在存储器60中储存了针对气候模块34的校准值和校正值,它们在对气候模块34进行校准时被存储。
该校准在比较器式称量器外面进行。为此,气候模块34简单地从称量室16***,而无需松开接线。然后,将气候模块34送到相应的校准研究所,校准研究所将校准证的编号,也就是说新的校准值、校准日期、校准实验室和处理人员的名称和校准历史储存在存储器60中。之后,当将气候模块34再次放在精密称量器或比较器式称量器中时,由应用程序读取这些值并直接应用到计算中。
还确定了光传感器56的值和用于确定称量室16中的电离度的传感器58的值。
例如,当光入射提高的情况下,在显示器上提供相应的信号,例如,由于太阳辐射的提高进而称量室中的温度发生变化而使测量不准确。因此,由处理器与光入射相关地给出输出信号。
一旦电离度过高,就激活电离装置,该电离装置对在称量室中的空气进行电离并承担对称量物件进行去电荷,或其在称量物件电荷过高之前发出警告。
存储器60优选是EEPROM。
此外,气候模块34与精密称量器的或比较器式称量器的其余部分之间的连接经由I2C总线来实现。
气候模块34也能够经由***了气候模块的USB适配器联接到计算机上,以便对传感器52至58和62进行校准,而无需将气候模块34联接到称量***10上。
质量确定的总不确定度以如下方式来确定(也参见图6):
从校准循环的结果中首先确定标准偏差s。将该标准偏差与之前测量的平均的标准偏差sp进行比较。在这些测量中所获知的标准偏差被储存在测量不确定度确定模块33的存储器中。如果当前的标准偏差与先前测量的平均的标准偏差之间的差大于合理限定的值时,中止当前的称量过程。否则,从该标准偏差中确定称量过程的A类不确定度。
空气浮力校正的B类不确定度ub从空气密度的、参考物的材料密度的和受检体的材料密度的不确定度来计算。针对空气密度的不确定度的值被存储在气候模块34中;这些值在对其进行校准时被储存在那里。
称量器的B类不确定度uba基于由于称量器的灵敏度所造成的不确定度uE、由于称量器的显示分辨率所造成的不确定度ud、由于偏心地受载所造成的称量器的不确定度uE以及由于磁性所造成的称量器的不确定度uma来计算。
从针对空气浮力校正的B类不确定度的值以及从称量器的B类不确定度、从针对称量过程的A类不确定度并且附加地从参考物的质量的已知的不确定度中计算称量过程的扩展的总不确定度。特别的优点在于,这可以以集成在称量器中的方式借助测量不确定度确定模块33来进行,仅需要向测量不确定度确定模块输入关于所使用的受检体和所使用的参考物的信息。所有其它数据要么存储在那里要么自动地被访问,例如,通过调用存储在气候模块中的不确定度值来进行访问。这就能够实现在称量过程中自动化地提供相应的总不确定度。
附图标记列表
10称量***
12基座
14称量单元
16称量室
18侧壁
20前壁
22后壁
24称量盘
26评估***
28线缆
30显示单元
32处理器
33测量不确定度确定模块
34气候模块
36缝隙
38卡锁钩
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支架
66壁
100步骤
102步骤
104步骤
106步骤
108步骤
110步骤
112步骤
114参考重物的常规的质量
A参考重物
B受检体

Claims (13)

1.一种精密称量器,其具有称量室(16)、包围所述称量室(16)的防风部(18、20、22)、以能拆卸的方式布置在所述称量室(16)中的气候模块(34)、布置在所述精密称量器中的处理器(32)、布置在所述精密称量器上的数据输入单元和数据传输路径,利用所述数据传输路径能够使数据在所述气候模块(34)与所述处理器(32)之间进行交换,其中,所述处理器(32)包含测量不确定度确定模块(33),利用所述测量不确定度确定模块能够获知称量器的测量不确定度。
2.根据权利要求1所述的精密称量器,其特征在于,所述气候模块(34)借助电插接部或无线传输与所述处理器(32)连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的精密称量器,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)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的精密称量器,其特征在于,存在有与所述处理器(32)联接的、用于确定所述称量室(16)中的电离度的传感器(58)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的精密称量器,其特征在于,在所述称量室(16)中存在有与所述处理器(32)联接的光传感器(56),。
6.根据前述权利要求中任一项所述的精密称量器,其特征在于,如下这样地构造所述处理器(32),使得所述处理器基于称量物件的密度地由所述称量室(16)中的空气压力、空气湿度和空气温度获知至少受检体的空气浮力或浮力校正因数。
7.根据前述权利要求中任一项所述的精密称量器,其特征在于,所述测量不确定度确定模块具有存储器,在所述存储器中储存有先前确定的测量不确定度的结果。
8.一种气候模块,其用于以能松开的方式电联接到根据前述权利要求中任一项所述的精密称量器上,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,经由所述数据传输路径能够将数据发送到所述气候模块之外的处理器。
9.根据权利要求8所述的气候模块,其特征在于,设置有电子的存储器(60),所述电子的存储器能够从外部读取,并能够对针对所述气候模块(34)的校准值和校正值进行储存。
10.根据权利要求8或权利要求9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总线联接到PC的USB端口上。
11.一种用于确定精密称量器的测量不确定度的、尤其是用于确定根据权利要求1至7中任一项所述的精密称量器的测量不确定度的方法,所述精密称量器具有称量室(16),所述称量室通过防风部相对周围环境分隔开,并且在所述称量室中布置有空气压力传感器(62)、空气湿度传感器(54)和空气温度传感器(52),其中,传感器(52、54、62)与处理器(32)联接,并且其中,对受检体形式的称量物件进行称量,其特征在于具有以下步骤:
-借助所述传感器(52、54、62)获知所述称量室(16)中的空气压力、空气湿度和空气温度;
-对所述受检体进行称量;
-确定称量方法的标准不确定度;
-确定所述受检体的质量的标准不确定度;
-获知质量确定的总不确定度。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,除了受检体之外还对参考重物(A)进行称量。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的方法,其特征在于,在获知所述总不确定度时也考虑之前获知的总不确定度的结果。
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