DE3706609C1

DE3706609C1 -

Info

Publication number: DE3706609C1
Application number: DE3706609A
Authority: DE
Inventors: Erich 3406 Eddigehausen De Knothe; Guenther Dr. 3418 Uslar De Maaz; Volker Dr. 3406 Bovenden De Handwerk
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1987-02-28
Filing date: 1987-02-28
Publication date: 1988-04-14
Also published as: US4798252A; JPS63302326A; CH675478A5; JP2540350B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trocknungswaage mit einer Strahlungsquelle zur Erwärmung und Trocknung einer auf einer Waagschale verteilten Substanz, mit einem Temperaturfühler zur Überwachung und Regelung der Leistung der Strahlungsquelle und mit einer Auswerteelektronik zur Auswertung der Waagenmeßwerte und zur Steuerung der Trocknungswaage. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Temperatureichung einer Trocknungswaage der eingangs genannten Art.

Trocknungswaagen dieser Art sind allgemein bekannt, beispielsweise aus der DE 86 06 298 U1. Der geometrische Aufbau solch einer Trocknungswaage ist z.B. in der DE 36 15 660 A1 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 ver schiedene 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 Strahlungsquelle zu berück sichtigen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß an die Trocknungswaage eine Temperatureichscheibe mit einem eingebauten weiteren Temperaturfühler anschließbar ist.

Wird die Temperatureichscheibe an die Stelle der Waagschale gebracht und hat sie dieselben Absorptionseigenschaften wie die zu trocknende Substanz, so nimmt sie auch genau die Temperatur an, die die zu trocknende Substanz annehmen wird. Die Anpassung der Absorptionseigenschaften der Temperatureichscheibe erfolgt in einer ersten Ausgestaltung dadurch, daß sie mit einer Schicht der Substanz bedeckt wird; dazu weist die Temperatureichscheibe vorteilhafter weise einen hochgezogenen Rand auf, so daß Substanz auf ihr wie auf einer Waagschale verteilt werden kann. In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung wird die Absorptions eigenschaft der zu trocknenden Substanz dadurch nachge bildet, daß die Oberfläche der Temperatureichscheibe teilweise in Graphit (hoher Absorptionskoeffizient) und teilweise in Aluminium (geringer Absorptionskoeffizient) ausgeführt ist. Das Flächenverhältnis wird dann entspre chend den Absorptionseigenschaften der jeweiligen Substanz gewählt. Dadurch steht ein leicht zu handhabendes Sekundär normal zur Verfügung und der Anwender der Trocknungswaage braucht für jede Substanz, die bei ihm vorkommt, nur ein solches Sekundärnormal einzusetzen.

Die Temperatureichung der Trocknungswaage erfolgt dann zweckmäßigerweise in einen Eichzyklus, 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 und des weiteren Temperatur fühlers in der Temperatureichscheibe miteinander vergleicht und aus dem Quotienten einen Korrekturfaktor für den Temperaturfühler errechnet. Bei höheren Ansprüchen an die Genauigkeit der Temperaturregelung werden in entsprechender Weise zwei oder mehr verschiedene Temperaturen eingestellt und daraus eine Eichkurve für den Temperaturfühler errechnet. Dadurch ist in den anschließenden Meßzyklen eine Korrektur des Signals des Temperaturfühlers auf die wahre Temperatur der zu trocknenden Substanz möglich.

Die Trocknungswaage zur Durchführung dieses Temperatureich verfahrens weist deshalb in der Auswerteelektronik vor teilhafterweise Speicher- und Rechenmittel auf, die in der einfachen Ausgestaltung einen Korrekturfaktor abspeichern und das Signal des Temperaturfühlers um diesen Korrektur faktor verändern können, bzw. in der anspruchsvolleren Ausgestaltung die Parameter einer Eichkurve abspeichern und das Signal des Temperaturfühlers gemäß dieser Eichkurve auf die wahre Temperatur am Ort der zu trocknenden Substanz umrechnen konnen. Die Ergebnisse des Eichzyklus werden also in der Waagenelektronik gespeichert und können dadurch bei den folgenden Messungen ohne weiteres Zutun der Be dienungsperson für eine automatische Temperaturkorrektur benutzt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausge staltung sind die Speichermittel so dimensioniert, daß Korrekturfaktoren bzw. Eichkurven für mehrere Substanzen abgespeichert und vom Bediener aufgerufen werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 die Trocknungswaage im Schnitt,

Fig. 2 eine Temperatureichscheibe in einer ersten Ausgestaltung im Schnitt,

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

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Elektronik der Trocknungs waage,

Fig. 5 den Temperaturverlauf während eines Eichzyklus und

Fig. 6 ein Flußdiagramm des Eichzyklus.

Die Trocknungswaage in Fig. 1 besteht aus einem mehr teiligen Gehäuse 1, in dem ein Wägesystem 3 untergebracht ist. Die Art dieses Wägesystems spielt für die Empfindung keine Rolle, beispielsweise kann es sich um ein System nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation handeln. Mit dem Wägesystem 3 ist über eine Krafteinlei tung 4 eine Unterschale 6 verbunden. Auf der Unterschale 6 ruht abnehmbar die Waagschale 5 mit der zu trocknenden und zu wiegenden Substanz. In das Gehäuse 1 ist weiter ein Sichtfenster 2 integriert, das die Ablesung der elektro nischen Anzeige erlaubt. Hinter der Waagschale 5 und dem Wägesystem 3 ist eine Strahlungsquelle 11 angeordnet - hier als Infrarotlampe gezeichnet. Die Fixierung der Strahlungs quelle 11 am Gehäuse 1 erfolgt durch die Fassung 12 und durch eine Manschette 13. Durch eine für die Wärmestrahlung durchlässige Wand 15 ist der Raum der Strahlungsquelle vom Wägeraum 17 luftströmungsmäßig abgeschlossen. Die Belüftung und Kühlung der Strahlungsquelle 11 ist durch Löcher 18 in der Unterseite und der Rückseite des Gehäuses 1 gewähr leistet. Weiter weist die Trocknungswaage einen Deckel 7 auf, der z.B. aus einem Kunststoff hergestellt sein kann und auf seiner Innenseite 7′ verspiegelt ist. Diese Ver spiegelung wirkt als Strahlungsumlenkung und reflektiert die Wärmestrahlung von der Strahlungsquelle 11 auf die zu trocknende Substanz auf der Waagschale 5. Der Deckel 7 weist an seinen hinteren Ende eine drehbare Lagerung 9 auf, so daß er zum Beschicken der Trocknungswaage geöffnet werden kann. Der Temperaturfühler 8 zur Überwachung und 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 groß 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 Temperatureich scheibe enthält einen (in Fig. 1 nicht erkennbaren) Temperaturfühler 19, beispielsweise ein Thermoelement oder einen temperaturabhängigen Widerstand oder einen tempe raturabhängigen Halbleiter. Dieser Temperaturfühler 19 ist über die Anschlüsse 16 und eine Steckvorrichtung 10 am Gehause 1 der Trocknungswaage an deren Elektronik 33 angeschlossen.

Die Temperatureichscheibe ist in zwei Ausführungsformen in den Fig. 2 und 3 im Schnitt gezeigt. Die Temperatureich scheibe 14′ in Fig. 2 besteht aus einen gut wärme leitenden 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 zu trocknende Substanz in dünner Schicht verteilt werden. Die Temperatureichscheibe 14′ wird statt der Waagschale 5 oder zusammen mit der Waagschale 5 auf die Unterschale 6 der Trocknungswaage gelegt und erlaubt dadurch eine Temperatur messung direkt an der Substanz und einen Vergleich mit der von Temperaturfühler 8 gemessenen Temperatur. Durch die Zuleitungen 16 wird der Gewichtswert der Substanz ver fälscht, die Temperatureichscheibe 14′ wird deshalb nur für einen Eichzyklus benutzt, wie weiter hinten noch be schrieben wird.

Die in Fig. 3 gezeigte Temperatureichscheibe 14 enthält keine zu trocknende Substanz, das Absorptionsverhalten der Substanz wird vielmehr durch die Art der Oberfläche des dicken Bleches 22 nachgebildet: Ein Teil 21 der Ober fläche besteht aus der blanken Oberfläche des Aluminium- Bleches 22; ein anderer Teil 20 der Oberfläche ist mit Graphit bedeckt. Durch passende Wahl des Flächenverhält nisses der beiden Oberflächenarten kann jeder Absorptions koeffizient zwischen den kleinen Absorptionskoeffizienten des blanken Aluminiums und dem großen Absorptionskoeffi zienten des Graphits 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 Sekundärnormal eingesetzt werden für die in gewissen Abständen durchzuführenden Nacheichungen des Leistungs regelsystems für die Strahlungsquelle.

Die Elektronik 33 der Trocknungswaage ist in Fig. 4 in Form eines Blockschaltbildes gezeigt. Das Wägesystem 3 trägt die Unterschale/Schale 5/6 mit der Temperatureichscheibe 14. Die Strahlungsquelle 11 erwärmt beim Eichzyklus sowohl die Temperatureichscheibe 14 als auch den festeingebauten Temperaturfühler 8. Die Ausgangssignale der beiden Tempe raturfühler 8 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 Meßzyklus (also ohne die Temperatureichscheibe 14) wird dann das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 8 mit diesem Korrekturfaktor multi pliziert, ehe es als Ist-Wert für die Leistungsrege lung der Strahlungsquelle 11 herangezogen wird. Die Rechen mittel zum Multiplizieren mit dem Korrekturfaktor sind in Fig. 4 schematisch durch 31 angedeutet. Die Zentral elektronik 25 kann z.B. durch einen Mikroprozessor gebildet werden, in dem diese Speicher- und Rechenmittel 30 und 31 üblicherweise vorhanden sind und von jedem Elektronik fachmann entsprechend programmiert werden können, ohne daß dies hier im Detail erläutert werden müßte. Weiter sind in Fig. 4 eine Ausgabeeinheit 27 für den Gewichtswert, eine Ausgabeeinheit 28 für die Ist-Temperatur, eine Ausgabe einheit 29 für den Trockensubstanzanteil und ein Schreiber ausgang 32 beispielhaft gezeichnet, ebenso eine Tastatur 26 zur Bedienung der Trocknungswaage und zur Eingabe von Zahlenwerten.

Der Ablauf eines Eichzyklus soll nun anhand der Fig. 5 und 6 erläutert werden. Fig. 5 zeigt den Verlauf der Ausgangssignale der beiden Temperaturfühler 8 und 19 in Abhängigkeit von der Zeit; Fig. 6 stellt ein Flußdiagramm dar. Zu Beginn des Eichzyklus gibt die Zentralelektronik den Befehl, die Heizleistung so einzustellen, daß eine konstante Temperatur angefahren wird. Diese Temperatur ist im Beispiel durch ein Ausgangssignal U ₁ des Temperatur fühlers 8 von 50 mV gegeben. Sobald diese 50 mV am Tempe raturfühler 8 erreicht sind, beginnt eine Warteschleife von z.B. 3 Minuten Dauer, um einen stabilen Zustand abzuwarten. Das Einhalten der konstanten Temperatur wird dann nochmals kontrolliert und anschließend das Ausgangssignal U ₁′ des Temperaturfühlers 19 in der Temperatureichscheibe 14, 14′ gemessen. Im Beispiel, wie es in Fig. 5 gezeichnet ist, ist U ₁′ etwas größer als U ₁, die Temperatureichscheibe 14/14′ ist also etwas wärmer als der Temperaturfühler 8. Der Quotient U ₁′/U ₁ wird ausgerechnet und als Korrektur faktor abgespeichert. Damit ist der Eichzyklus beendet und die Temperatureichscheibe 14/14′ kann aus der Trocknungs waage entfernt werden und anschließend können Messungen mit zu trocknender Substanz erfolgen. Bei diesen Messungen wird das Ausgangssignal vom Temperaturfühler 8 immer mit dem abgespeicherten Korrekturfaktor multipliziert und dieses Rechenergebnis als Ist-Wert für die Temperaturregelung benutzt. Damit wird der im Eichzyklus festgestellte Tempe raturunterschied zwischen der Probe und den Temperatur fühler 8 automatisch korrigiert.

In Fig. 5 ist noch gestrichelt angedeutet, daß in einer anspruchsvolleren Ausgestaltung der Zentralelektronik 25 nicht nur eine Temperatur (mit den Ausgangssignalen U ₁ und U ₁′), sondern anschließend eine zweite Tempe ratur angefahren wird. Bei dieser Temperatur werden in gleicher Weise die Ausgangssignale U ₂ und U ₂′ der beiden Temperaturfühler 8 und 19 verglichen. Zum Beispiel kann wieder der Quotient U ₂′/U ₂ gebildet werden, so daß zwei Korrekturfaktoren für zwei verschiedene Temperaturen berechnet und abgespeichert werden. Für eine beliebige Temperatur wird dann der zutreffende Korrekturfaktor durch lineare Interpolation bestimmt.

Bei einem Eichpunkt kann nur ein Korrekturfaktor für alle Temperaturen berechnet werden, bei zwei Eichpunkten kann bereits eine Korrekturgerade berechnet werden, bei drei Eichpunkten kann auch eine Korrekturkurve berechnet werden. Je nach Anforderung an die Einstellgenauigkeit der Trocknungstemperatur wird man eine der Möglichkeiten wählen. Bei einem Eichpunkt wird man diesen zweck mäßigerweise in die Gegend der am häufigsten benutzten Temperatur legen; bei zwei Eichpunken wird man einen mehr an die untere Temperaturgrenze und den anderen mehr an die obere Temperaturgrenze legen; bei noch mehr Eichpunkten wird man diese etwa äquidistant über den Temperaturbereich verteilen.

Durch Vergrößerung des Speicherbereiches 30 können selbst verständlich auch mehrere Korrekturfaktoren, Korrektur geraden bzw. Korrekturkurven für verschiedene Substanzen abgespeichert werden. Die Auswahl der entsprechenden Korrekturwerte erfolgt dann durch Eingabe der Substanz- Nr. über die Tastatur 26.

Claims

1. Trocknungswaage mit einer Strahlungsquelle (11) zur Erwärmung und Trocknung einer auf einer Waagschale (5) verteilten Substanz, mit einem Temperaturfühler (8) zur Überwachung und Regelung der Leistung der Strahlungs quelle (11) und mit einer Auswerteelektronik (33) zur Auswertung der Waagenmeßwerte und zur Steuerung der Trocknungswaage, dadurch gekennzeichnet, daß an die Trocknungswaage eine Temperatureichscheibe (14, 14′) mit einem eingebauten weiteren Temperaturfühler (19) anschließbar ist.

2. Trocknungswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatureichscheibe (14′) einen hochgezogenen Rand (24) aufweist, so daß eine Substanz auf der Temperatureichscheibe (14′) wie auf einer Waagschale verteilt werden kann.

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

4. Verfahren zur Temperatureichung einer Trocknungswaage nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß in einem Eichzyklus die Temperatureich scheibe (14, 14′) anstelle der Waagschale (5) oder auf die Waagschale (5) in die Trocknungswaage eingesetzt und dort angeschlossen wird und daß die Auswerteelek tronik (33) eine vorgegebene Temperatur einstellt, bei dieser Temperatur die Signale des Temperaturfühlers (8) und des weiteren Temperaturfühlers (19) in der Tempe ratureichscheibe (14, 14′) miteinander vergleicht und aus dem Quotienten einen Korrekturfaktor für den Temperatur fühler (8) errechnet.

5. Verfahren zur Temperatureichung einer Trocknungswaage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß in einem Eichzyklus die Temperatureich scheibe (14, 14′) anstelle der Waagschale (5) oder auf die Waagschale (5) in die Trocknungswaage eingesetzt und dort angeschlossen wird und daß die Auswerteelek tronik (33) mindestens eine niedrige Temperatur und eine hohe Temperatur einstellt, bei diesen Temperaturen die Signale des Temperaturfühlers (8) und des weiteren Temperaturfühlers (19) in der Temperatureichscheibe (14, 14′) miteinander vergleicht und daraus eine Eichkurve für den Temperaturfühler (8) errechnet.

6. Trocknungswaage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aus werteelektronik (33) Speicher- und Rechenmittel (30, 31) vorhanden sind, die einen Korrekturfaktor abspeichern und das Signal des Temperaturfühlers (8) um diesen Korrekturfaktor verändern können.

7. Trocknungswaage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aus werteelektronik (33) Speicher- und Rechenmittel (30, 31) vorhanden sind, die die Parameter einer Eichkurve abspeichern und das Signal des Temperaturfühlers (8) gemäß dieser Eichkurve auf die wahre Temperatur am Ort der zu trocknenden Substanz umrechnen können.

8. Trocknungswaage nach einen der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel (30) so ausgelegt sind, daß für mehrere Substanzen Korrektur faktoren bzw. Eichkurven abgespeichert werden können.