用于实验室机柜设备的液位测量设备的制作方法

本发明涉及用于实验室机柜设备的液位测量设备，其用于测量实验室机柜设备的内腔中的液体容器中的液位。实验室机柜设备用于存放实验室检样，并且实验室机柜设备特别是用于对实验室检样进行调温处理的调温箱、特别是用于细胞培养物生长的孵化器。

背景技术：

在生物和医学实验室中，利用这样的孵化器将细胞培养物中的细胞保持在受控的环境条件下，并且这样能够实现活细胞在活体外的生长。为此通过孵化器的仪器装置将与周围环境隔离的孵化器腔内部中的大气的温度和气体成分或者空气湿度保持在期望数值。真核细胞需要co2孵化器。大气通过具有确定co2含量和o2含量以及确定空气湿度的空气构成，适宜的温度常常为37℃。这样的调温柜具有壳体、例如外壳，该壳体具有壳体开口，通过该壳体开口，用户将检样存放在壳体内部并将其重新取出。同时经常也有水蒸气从内腔中泄出。孵化器因此含有向上敞开的、填充有水的液体容器，借助该液体容器通过使水蒸发而在内腔中形成大于90％的空气相对湿度。为了检测水的消耗和防止水容器完全变空，这样的调温柜常常具有液位测量装置。

由ep2067849b1已知有具有两个ntc温度传感器的孵化器，所述两个ntc温度传感器在孵化器的水槽中设置在一测量水平上、利用不同的温度运行并且其输出电压被分析评估，以便检测低于测量水平。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种可靠的和高效构成的用于实验室机柜设备、特别是调温柜的液位测量设备。

本发明通过根据权利要求1所述的液位测量设备实现这个目的。特别是从属权利要求的内容是优选的构造设计。

根据本发明构成的液位测量设备具有ntc(英文：“negativetemperaturecoefficient”(负温度系数))温度传感器，该ntc温度传感器还以ntc热敏电阻为众人所知。这样的温度传感器是自调整的。它们被供应电流，该电流大到导致自加热。它们初期通过该电流被加热并且保持在高于其周围环境温度的超温上。通过ntc特性(根据该ntc特性，电阻随着由向周围环境放热引起的温度下降而上升)功率本身受到约束并且产生稳定的平衡状态。如下地设置第一ntc温度传感器，即，它从不与液体触碰，而第二ntc温度传感器在正常情况中浸入液体中并且一旦液面下降到第二ntc温度传感器以下就改变其放热功率。因此第一ntc温度传感器用作基准传感器(referenzsensor)，该基准传感器不受实验室机柜设备内腔的温度影响地执行其基准功能，因而保证了利用简单方法实现的液位测量设备的特别可靠的运行。

当这些周围环境具有不同的导热性时，第一ntc温度传感器和第二ntc温度传感器给相应的周围环境排放不同的热功率。由于空气的导热性比液体、特别是水的导热性差得多，所以第二ntc温度传感器比第一ntc温度传感器排放更高的热功率。由此在第二ntc温度传感器上产生比在第一ntc温度传感器上更高的电阻，因而只要第二ntc温度传感器与液体接触，经由第二ntc温度传感器的电压就比在第一ntc温度传感器上下降得厉害。如果第二ntc温度传感器在液位下降时然后处于与第一ntc温度传感器同样的周围环境(例如空气)中，那么第二ntc温度传感器的电阻发生改变或者与第一ntc温度传感器的电阻相等，并且这个改变能够被测量。特别是在第一状态(在该第一状态中第二ntc温度传感器在正常液位的情况下位于液体中，而第一ntc温度传感器则位于空气中)中，第一与第二ntc温度传感器的输出电压的差值大于在第二状态(在该第二状态中两个ntc温度传感器均位于空气中)中。

优选如下地选择第一和第二ntc温度传感器，即，它们能够以优选15至35伏、优选20至30伏的低电压运行。因此优选使用1至2kohm的低欧姆ntc温度传感器。优选如下地选择它们，即，它们在常规运行中经受高达200℃、优选高达190℃和优选高达180℃的环境温度或者无损地经受住这些温度。因此当实验室机柜设备的、特别是调温柜或者孵化器的内腔例如为了在180℃中对内腔进行灭菌而被加热到所谓的高温时，这样的温度传感器能够保留在这个内腔中。所以使用设置有这样的液位测量设备的实验室机柜设备是特别高效的，因为在灭菌前不必将该液位测量设备移除。适宜的ntc温度传感器例如是美国弗吉尼亚州汉普顿市measurementspecialities公司制造的g2k3348radialglassthermistor(径向玻璃热敏电阻).

电子测量装置优选具有电子回路。电子测量装置优选设置用于：如果或者只要液体容器中的液位位于第二ntc温度传感器的位置以上，求出第一对比值；并且当液体容器中的液位下降到第二ntc温度传感器的位置以下时，检测与第一对比值不同的第二对比值。特别是通过如下方式求出第一和第二对比值，即，连续检测第一和第二电气值的对比值、特别是差值并且然后将其与基准值进行比较，以便作出是存在第一对比值(第一状态或者正常状态)还是存在第二对比值(第二状态或者故障状态)的判定。

优选地，液位测量设备具有分析评估装置，该分析评估装置尤其是用于执行有关的对可编程的微控器或计算机的分析评估。分析评估装置特别是也可以具有模拟-数字转换器(ad-converter，adc)，其用于将电子测量装置的模拟测量信号数字化。分析评估装置可以是电子控制装置的组成部分，该电子控制装置控制实验室机柜设备的可电控的功能、特别是对内腔温度的调节。分析评估装置优选具有：数据存储装置，其用于数据的易失性或非易失性存储；和/或优选具有数据处理装置，该数据处理装置特别是设置用于通过如下方式区分第二对比值与第一对比值，即，将连续测得的对比值与存储在数据存储装置中的基准值进行比较。数据存储装置和/或数据处理装置可以是电子控制装置的组成部分，该电子控制装置控制实验室机柜设备的可电控的功能、特别是对内腔温度的调节。

优选地，电子测量装置和/或分析评估装置设置用于，根据对对比值的分析评估产生输出信号和/或输出数据，经由用户界面装置将该输出信号和/或输出数据输出给用户。通过这种方式，用户特别是可以获得有关液位下降到阈值以下的信息。这个阈值对应于所述基准值。用户界面装置特别是可以经由液位测量设备的或具有该液位测量设备的实验室机柜设备的显示器输出有关液位下降到阈值以下的信息。用户界面装置也可以设置用于，输出声学提示信号和/或经由远程数据连接、例如经由与实验室机柜设备相连的lan发送关于液位下降到阈值以下的输出数据。

电子测量装置优选具有电子电路，该电子电路包含第一ntc温度传感器和第二ntc温度传感器。特别是对第一和第二电气值进行电气模拟分析评估。然而也可能的是：将第一电气值和第二电气值数字化并且然后对其进行数字化分析评估。优选设置有至少一个模拟-数字转换器，其将第一和第二电气值数字化。

优选地，电子测量装置设置为，通过如下方式对第一和第二电气值进行电气模拟和/或分析评估，即，模拟地或者数字化地进行第一电气值与第二电气值之间的求差，并且对比值基于第一电气值与第二电气值的差或者对比值包含第一电气值与第二电气值的差值，对比值特别是第一电气值与第二电气值的差或者第二电气值与第一电气值的差。替代求差或作为此外的补充方案，对第一电气值和第二电气值的比较也可以含有其它数学运算，特别是第一电气值和第二电气值相加、相乘和特别是相除。

电子测量装置优选设置为：第一和第二ntc温度传感器设置在桥式电路中。桥式电路尤其是惠斯通测量电桥。这样的电路特别适于精确地分析评估小的电阻变化或者小的电压变化。电子测量装置优选设置为：分别将桥式电路的电桥电压用作第一和第二对比值。

电子测量装置优选具有电压受控的电源作为电子电路，其输入电压为电桥电压。优选将输出电流用于经由负载阻抗产生接地输出电压，该接地输出电压特别是流到adc输入端。

优选地，液位测量设备具有用于使第一和/或第二ntc温度传感器与实验室机柜设备的内壁保持间距的保持装置。第一和/或第二ntc温度传感器优选由保持装置如下地保持，即，第一ntc温度传感器在液体容器充分填充有液体的正常情况中设置在液体之外，而第二ntc温度传感器在所述正常情况中设置在液体内，并且第一ntc温度传感器在液体容器未充分填充有液体的故障情况中继续设置在液体之外，而第二ntc温度传感器在所述故障情况中也位于液体之外。

优选地，保持装置是整体的构件或者包括相互连接部件的构件和/或具有特别是与实验室机柜设备连接的、唯一的保持臂。保持装置由此能够简单地装配、紧凑且更简单地清洗或者维护。然而如果需要的话，保持装置也可以包括多个彼此分开设置的构件、特别是多个与实验室机柜设备连接的保持臂。

优选地，保持装置具有可紧固在实验室机柜设备的内壁、特别是内侧后壁上的保持臂，该保持臂特别是设置用于水平定向的设置结构，并且该保持臂支承第一ntc温度传感器，并且在该保持臂上优选安装有特别是可弹性变形的第二保持臂，该第二保持臂特别是设置用于竖直向下定向的设置结构，并且该第二保持臂支承第二ntc温度传感器。带设置在其上的第二ntc温度传感器的、可弹性变形的第二保持臂具有以下优点：该保持臂可以弯曲，因此可以将第二ntc温度传感器提起，而不必拆卸该保持臂。由此能够简化在第二ntc温度传感器的装配状态中液体容器的取出、特别是水槽的取出。

优选地，保持装置具有由第一材料(m1)构成的匣装置，其用于部分或基本上完全封装第一和/或第二ntc温度传感器。优选地，第一ntc温度传感器具有至少一个或确切一个传感器接触面，该传感器接触面与ntc温度传感器的取决于温度的电阻热联接，并且该传感器接触面向外指向它与ntc温度传感器的周围环境接界的地方。ntc温度传感器及其传感器接触面在此优选由托座包裹并且特别是绝大部分由匣装置封装。第二ntc温度传感器优选也具有传感器接触面，该传感器接触面称为第二传感器接触面。第一和/或第二ntc温度传感器的至少一个传感器接触面由第二材料m2制成。匣装置优选将所述至少一个传感器接触面围住。优选地，所述匣装置和所述至少一个传感器接触面对外限定第一和/或第二ntc温度传感器。

第二材料(m2)特别是具有比第一材料(m1)更高的导热性。在调温柜中、特别是co2孵化器中存在以下要求：内腔的精确限定的温度不应受到影响。然而ntc温度传感器在超温中运行。通过由导热性差的材料m1构成的匣装置将传感器对外热绝缘。由此一方面防止对内腔的干扰性加热并且另一方面防止对ntc温度传感器的非预期冷却。传感器与内腔之间的热流特别是集中在所述至少一个传感器接触面的小范围上。通过这种构造设计能够使用小功率的ntc温度传感器。

第一材料(m1)优选是塑料、特别是橡胶或弹性体，其经受得住特别是高达200℃或180℃温度。第二材料(m2)优选是金属、特别是优质钢。

优选地，第一和/或第二ntc温度传感器分别具有由材料m3构成的托座，该材料同样比材料m2的导热性差并且将传感器进一步热绝缘。优选地，第一ntc温度传感器及其传感器接触面和/或第二ntc温度传感器及其传感器接触面分别由一个托座围住，使得优选匣装置、第一和/或第二ntc温度传感器的托座和所述至少一个传感器接触面对外相对实验室机柜设备内腔限定第一和/或第二ntc温度传感器。优选第三材料(m3)是聚醚醚酮(peek)，由此实现了极好的抗热能力和抗化学能力。

优选地，保持装置、第一ntc温度传感器和第二ntc温度传感器由无损地经得住实验室机柜设备内腔的高达180℃或高达200℃的运行温度的材料构成。

本发明特别是还涉及一种用于存放实验室检样的实验室机柜设备、特别是调温柜、特别是孵化器，其具有实验室机柜设备内腔中的液体容器和用于测量液体容器中的液位的根据本发明的液位测量设备。液位测量设备特别是用于测量孵化器的空气加湿装置的液体容器中的液位。

用于存放实验室检样的实验室机柜设备特别是用于对实验室检样进行调温处理的调温柜。这样的仪器电动运行并且具有电压接头。经由该电压接头也可以运行ntc温度传感器。

调温柜对实验室检样进行调温处理，就是说，它将壳体内部和由此将存放在那里的实验室检样在允许误差范围内保持在目标温度中，特别是它通过温度调节将壳体内部保持在特别是可由用户调节的额定温度。这个额定温度可以高于室温(环境温度)，如这在加温柜或孵化器中的情况那样，或者可以低于室温，如这在冰箱或冷冻柜中的情况那样。在构造为空气调节柜的实验室机柜设备中，优选也对壳体内部中主要的气候参数在允许误差范围内进行调节。这个气候参数可以是空气湿度和/或气体浓度，如co2浓度、n2浓度和/或o2浓度。这样的气候箱例如是用于包括活细胞培养物的实验室检样的二氧化碳孵化器。

在生物和医学实验室中，利用调温柜或者二氧化碳孵化器将细胞培养物中的细胞保持在受控的环境条件下，并且这样能够实现活细胞在活体外的生长。为此通过孵化器的仪器装置将与周围环境隔离的孵化器腔内部中的大气的温度和气体成分或者空气湿度保持在期望数值。真核细胞需要co2孵化器。所述大气通过具有确定的co2含量和o2含量以及确定的90％以上、特别是95％的空气相对湿度的空气构成，适宜的温度常常为37℃，然而该温度可以由用户根据实验室检样的要求调节。

实验室机柜设备的壳体优选是外侧壳体，其壳体壁与周围环境接触。然而壳体也可以是位于外壳内部的内侧壳体。例如孵化器可以具有至少一个用作内侧壳体的腔，该腔可以通过至少一个壳体门或者腔门封闭。壳体门在封闭位置中将壳体内部优选气密地封闭，这特别是通过壳体门的或者壳体开口框架的至少一个密封装置得以实现。然而，本发明原则上还涉及具有壳体的实验室机柜设备，所述壳体不将壳体内部相对周围环境完全密封。

实验室机柜设备优选含有保持装置，该保持装置用于使第一和/或第二ntc温度传感器与实验室机柜设备的内壁和底壁保持间距、特别是与实验室机柜设备的壳体的或腔的内壁和底壁保持间距。特别是设定有实验室机柜设备的正常运行状态，该正常运行状态也称为“第一状态”，在该正常运行状态期间，第一ntc温度传感器设置在实验室机柜设备的液体容器的液体之外，而第二ntc温度传感器设置在液体容器的液体内。特别是设定有实验室机柜设备的故障运行状态，该故障运行状态也称为“第二状态”，在该故障运行状态期间，第一ntc温度传感器设置在实验室机柜设备的液体容器的液体之外，并且第二ntc温度传感器位于液体容器的液体之外。实验室机柜设备和/或其控制装置和/或其测量装置设置用于，通过测量对比值来区分故障运行状态与正常运行状态并且特别是经由用户界面装置将有关出现故障运行状态的信息输出给用户。

附图说明

从借助附图对实施例的说明中获得根据本发明的实验室机柜设备的另外的优选构造设计。

附图中：

图1a示出设置有示范性的根据本发明的液位测量设备的实验室机柜设备的示意性侧视图，该实验室机柜设备处于第一状态中，在该第一状态中，第二ntc温度传感器位于实验室机柜设备的液体容器的液体内；

图1b示出设置有示范性的根据本发明的液位测量设备的实验室机柜设备的示意性侧视图，该实验室机柜设备处于第二状态中，在该第二状态中，第二ntc温度传感器不再位于实验室机柜设备的液体容器的液体内；

图2示出用于保持示范性的根据本发明的液位测量设备的第一和第二ntc温度传感器的保持装置，其特别可应用在图1a、1b所示的实验室机柜中；

图3示出对比值“vout”的曲线图，该对比值在第二ntc温度传感器在确定的时间点(750秒之后)被从液体中移离期间由示范性的根据本发明的液位测量设备的电子测量装置连续地求出；

图4示出电压受控的电源的电路原理，该电路原理应用在示范性的根据本发明的液位测量设备的电子测量装置中、特别是应用在图5所示的电路中；

图5示出示范性的根据本发明的液位测量设备的电子测量装置的电路的线路图，其特别是应用在图1a、1b中的液位测量设备中。

具体实施方式

图1a示出具有液位测量设备1的实验室机柜设备100，其处于第一状态中，在该第一状态中，第二ntc温度传感器12位于实验室机柜设备100的液体容器31的液体32内。图1b示出该实验室机柜设备100处于第二状态中，在该第二状态中，第二ntc温度传感器12例如由于液体、特别是水的蒸发而不再位于实验室机柜设备的液体容器31的液体32内。

实验室机柜设备100当前是用于活细胞培养物生长的co2孵化器。简化地示出孵化器100。其具有壳体102，该壳体将温度被调节(＝调温处理)在37℃的内腔101与周围环境热绝缘。壳体开口由壳体门103封闭并且提供到内腔101的通道。在内腔中具有打孔的搁板106，在内腔的底部具有构造为水槽的液体容器31，液体遵循万有引力定律水平地并且平行于壳体底板地设置在该液体容器中。壳体的后壁104垂直于底板并且因此竖直设置。在孵化器的内腔101中，该孵化器的保持装置5装配在这个后壁的内侧上。

孵化器的保持装置5具有水平延伸的第一保持臂5a，该第一保持臂紧固在后壁104上。第二保持臂5b紧固在第一保持臂5a的竖直下指的那侧上。第一ntc温度传感器11紧固在第一保持臂5a的端部上，而第二ntc温度传感器12则紧固在第二保持臂5b的端部上。通过这种设置结构，第一ntc温度传感器11始终位于液体表面30上部并且因此始终位于液体之外。第一ntc温度传感器11基本上始终与内腔101的气态大气(具有经调节的co2、h2o成分的空气)接触。第二ntc温度传感器12在充分填充的水容器31的第一状态中，如在图1a中示出的那样，始终伸入液体中。在(故障)情况中或者在未充分填充的水容器31的第二状态中，如在图1b中示出的那样，第二ntc温度传感器12不再与液体表面30的液体接触。在第一状态中，从水容器31的底部起测量的液位具有高度h1。在第二状态中，从水容器31的底部起测量的液位具有高度h2。

液位测量设备在图1a和1b中利用附图标记为1的、虚线画出的矩形框住。第一保持臂5a穿过壳体的后壁104中的端口伸入孵化器的控制室105中，供电装置2、电子测量装置3和分析评估装置4设置在该控制室中。

液位测量设备1用于测量液体容器31中的液位30并且具有：第一ntc温度传感器11，其可以或者已经设置在液体容器31的液体32之外；第二ntc温度传感器12，其可以或者在正常情况中已经位于液体容器31的液体32内。液位测量设备1具有供电装置2，由该供电装置为第一ntc温度传感器11和第二ntc温度传感器12如下地供电，即，第一ntc温度传感器11和第二ntc温度传感器12分别具有一个超温t_ntc，该超温大于实验室机柜设备的内腔101中的温度t_innen。例如t_innen＝37℃，于是t_ntc优选高出4至15℃、特别是当前在40与50℃之间。

电子测量装置3设置用于，检测第一ntc温度传感器11受该第一ntc温度传感器11的温度影响的第一电气值、例如第一ntc温度传感器上的电压变化，并且检测第二ntc温度传感器12受该第二ntc温度传感器12的温度影响的第二电气值、例如第二ntc温度传感器上的电压变化，并且通过对第一和第二电气值的连续比较、即在例如50毫秒与1分钟之间的短时间间隔进行的比较，求出对比值、例如图3和5中的“vout”。

分析评估装置4具有数据存储装置和数据处理装置(均未示出)，该数据处理装置设置用于通过如下方式区分第二对比值与第一对比值，即，将连续测得的对比值与存储在数据存储装置中的基准值进行比较。

电子测量装置3设置用于：当液体容器中的液位30如在图1a中示出的那样位于第二ntc温度传感器12上部时，求出第一对比值；并且当液体容器中的液位30下降到第二ntc温度传感器12以下时，检测与第一对比值不同的第二对比值。在图3中，第一对比值vout在时间点t＝0为大约vout＝4v，第二对比值vout在时间点t＝2500秒为vout＝0v。分析评估装置4借助存储在该分析评估装置4的数据存储装置中的基准值v0判定是否已经低于液体容器的最小允许液位。值v0是阈值并且当前为约v0＝1.5v，在此在时间点t＝2200秒达到该值，在图3的曲线图中，这发生在为了测试目的将第二ntc温度传感器12从它在时间点t＝0放入的水槽32中移离后约1450秒。

在图3中可以看到：第二ntc温度传感器12在放入水中之后直到实现ntc传感器的温度的稳定平衡为止需要约120秒的时间，所述稳定平衡由传感器供电装置的供给功率和经由其传感器接触面的放热获得。t＝750秒与t＝2500秒之间的曲线变化产生自：在液体不再与传感器接触面接触并且第一与第二ntc温度传感器之间的差别测量产生0v的对比电压之前，传感器接触面在一时间内依然由液体32的弯月面浸湿。

分析评估装置4具有数据存储装置和数据处理装置，在此均未示出，它们设置用于通过如下方式区分第二对比值与第一对比值，即，将连续测得的对比值与存储在数据存储装置中的基准值进行比较。

电子测量装置3设置为：第一和第二ntc温度传感器设置在桥式电路200中，参见图5。分别将桥式电路200的电桥电压vout用作第一和第二对比值。电子测量装置3具有电压受控的电源作为电子电路400(参见图4)，其输入电压就是电桥电压。输出电流用于经由负载阻抗产生接地输出电压，该接地输出电压流向adc输入端(模拟数字转换器输入端)。

在图5中，第一ntc温度传感器标注“x2，ntc_2k186_3390”，第二ntc温度传感器标注“x3，ntc_2k186_3390”。输入电压是ntc温度传感器的电桥电压(差别测量)。运算放大器的输出电流用于利用r4产生接地的输出电压，该输出电压流向adc输入端。利用r2对电路的灵敏度(加强)进行调节。d1限制adc输入电压。适用的是：

vout＝r4*(u_ntc_x3-u_ntc_x2)/r2

r3/r7调节ntc的测量电流，以此产生显著的加热。

液位测量设备具有用于使第一和/或第二ntc温度传感器与实验室机柜设备的内壁104保持间距的保持装置5，借助图2对该保持装置进行阐释。保持装置5具有可紧固在实验室机柜设备100的内壁上的保持臂5a，该保持臂支承第一ntc温度传感器11并且在该保持臂上安装有可弹性变形的第二保持臂5b，第二保持臂设计为用于竖直下指的设置结构并且该第二保持臂支承第二ntc温度传感器12。保持装置5具有由第一材料m1构成的匣装置14和至少一个由第二材料m2构成的、第一和/或第二ntc温度传感器11、12的传感器接触面11a、12a，使得匣装置14将两个传感器接触面11a、12a围住。所述匣装置14和所述两个传感器接触面11a、12a对外限定第一和第二ntc温度传感器11、12。第二材料m2具有比第一材料m1更高的导热性。第一材料m1是塑料、特别是橡胶或弹性体，而第二材料m2在此是优质钢。通过这种方式解决了在ntc温度传感器的选择中和ntc温度传感器的匣装置14的机械设计的选择中存在的技术问题。由于ntc温度传感器向匣装置排放热能，所以ntc温度传感器必须足够大并且必须如下地设计匣装置，使得发生ntc温度传感器到超温t_ntc、在此约50℃的显著加热。特别是低欧姆类型(r25约1k至2k)适于感应元件，因为否则优选的供电电压(24v)不足以提供必要的电流。由于ntc温度传感器应该适于180℃，所以优选玻璃钝化类型。

第一ntc温度传感器11及其传感器接触面11a和第二ntc温度传感器12及其传感器接触面12a分别由柱状的托座11b、12b围住，使得匣装置14、第一和第二ntc温度传感器11、12的托座11b、12b和所述至少一个传感器接触面11a、12a对外限定第一和第二ntc温度传感器11、12。托座11b、12b由第三材料m3、在此由聚醚醚酮(peek)构成并且因此是耐温度变化的和化学惰性的。保持装置5、第一ntc温度传感器11和第二ntc温度传感器12由经得住实验室机柜设备内腔的高达180℃的运行温度的材料构成。