热板搅拌器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请不要求任何在先专利申请的优先权。

本发明涉及设有安全附件的实验室设备的领域，并且特别地涉及一种用于加热和/或搅拌液体的实验室装置，其中，需要到远程移动装置的活动链接来启动或维持该实验室装置的操作。本发明的另一方面涉及防止装置的无人值守操作的特征。

背景技术：

在许多实验室情况下，有必要加热和/或搅拌容纳在通常为烧杯的容器中的液体。将这些功能组合到单个装置中是已知的和常规的。如授予lockwood的美国专利5,834,739中所描述的，一种这样的装置具有用于支撑容器的板、位于板下方的至少一个加热元件和用于搅拌的器件。在lockwood'739中，该器件被教导为位于板下方的电机，该电机使磁性元件旋转，从而在板上方产生磁场。当将另一个通常被称为磁性搅拌棒的磁性元件放置在容器中时，它将与磁场耦合并旋转，从而搅拌容器中的液体。通常，搅拌棒涂覆有化学非反应性聚合物材料，如聚四氟乙烯(“ptfe”)，该材料是在注册商标teflon下销售的。

授予mcfadden的美国专利7,075,040教导了一种使用上述类型的磁性搅拌棒的实验室使用的搅拌热板。该教导的主要重点是一种方法和装置，所述方法和装置允许用户快速制动驱动磁性元件的电机，从而可以将热板上的一个含液体容器与第二个含液体容器互换，而无需重置搅拌器设定点。所教导的不相关的第二特征是即使在关闭单元的电源之后仍会显示在装置上、特别是在显示部分上的“热表面”特征。

在其它实施例中，搅拌器件是放置在容器中的机动搅拌棒。在许多后一种情况下，驱动搅拌棒的电机将经由位于热板装置中的电源插头供电，尽管这不是必需的。

授予eble的美国专利8,574,512教导了生产具有不同功能和/或性能范围的许多不同实验室装置的经济性可以通过构建一种基座单元来最佳地实现，所述基座单元在伴随多个不同的“远程控制”单元中的一个时，对所有可能的变化都是有用的，尽管后者可以更好地描述为“可拆卸”控制单元。

同样授予eble的美国专利10,293,315通过结合具有与之相关联的天线的表面声波(“saw”)传感器来修改lockwood'739所教导的搅拌棒。当位于搅拌棒的表面附近时，saw传感器可以仅利用磁场产生的能量，根据压电效应确定搅拌棒的温度。该天线可以将与温度有关的信号发送到接收所述信号并将所述信号转换为温度读数的接收器，所述温度读数可以由控制器显示或使用。eble′315至少简要地讨论了在潮湿或所有液体沸腾之后允许无人值守的热板搅拌器继续加热容器的问题。

然而，已知的现有技术的一个未解决的目的是提供一种组合的热板/搅拌器装置，其中，该装置的操作要求授权操作员在操作期间处于并保持在该装置的附近。

技术实现要素：

本发明的这些和其它目的是通过一种加热装置来实现的，所述加热装置包括：主体；用于接收待加热的容器、物体或样品的平台；加热元件；邻近所述平台布置的第一温度传感器；位于所述主体中并被布置成接收来自所述第一温度传感器的温度信号的至少一个控制器，用于控制供应到所述加热元件的电功率的量；以及无线通信装置。

在一些实施例中，无线通信装置使位于所述装置的通信范围内的移动装置能够双向通信。在这些中的一些中，无线通信装置提供信号以不允许向加热元件供应电功率的电路工作，除非已经建立了与移动装置的通信。在这些中的一些中，如果与移动装置建立的无线通信发生中断，则无线通信装置提供信号以断开向加热元件供应电功率的电路。

其它实施例还包括传感器，所述传感器安装在主体中并与控制器通信，使得未能感测到传感器的范围内的用户的话，就向控制器发送信号，以断开向加热元件供应电功率的电路。在这些情况下，在预定的时间之后没有用户对警告信号的响应的情况下，控制器断开向加热元件供应电功率的电路。

在一些实施例中，所述装置还包括电机，所述电机布置在主体中以使平台下方的磁性元件旋转，从而产生磁场以与容器中的磁性搅拌棒耦合，使得将电功率提供给所述电机，无论无线通信装置是否连接到移动装置。

移动装置可以是智能手机、平板电脑、专用的远程控制单元或另一等效装置。

在一些实施例中，所述装置进一步包括至少一个另外的温度传感器，其被配置为样品中的温度探针，以向控制器提供温度信号。

在许多装置中，至少一个控制器被编程有指令以实现向加热元件安全地输送电功率，所述指令包括以下操作：

初始化系统；

显示加热元件的设定值和测量值；

检测用户命令以输送电功率，以便将加热元件驱动到设定温度；

确定是否启用并连接了允许来自移动装置的用户命令的无线通信特征；

确定是否启用了要求用户在热板装置附近存在的特征并检测所述用户；以及

在以下任一种或两种情况下终止向加热元件输送电功率：与移动装置的连接丢失和未能检测到用户的存在。

附图说明

对本发明的更好理解将通过阅读附图来获得，其中，相同的部件用相同的附图标记标识，并且其中：

图1是体现本发明概念的实验室装置的示意图；

图2是示意性地描绘了如何在装置的主体内部调节对实验室装置10的加热元件的电功率的控制的功率图；以及

图3a和3b是描绘根据本发明概念的用于控制实验室装置的一个示例性算法的流程图。

具体实施方式

举例说明由所附权利要求覆盖的发明概念的实施例将有所不同，但是以最基本的形式，本发明概念适用于包括主体12的实验室装置10，所述主体12带有安装在主体上以接收带有待加热液体l的容器v的平台14(也称为“顶板”)。如图1中的透视图所示，装置10通常将是独立的，尽管在行业中增加的趋势是允许对装置的特征进行远程控制。在许多情况下，远程控制对于装置上的控件可能是冗余的，但远程控制可能是唯一的控件。

至少，主体12将包含在平台14之下的加热元件以及控制器，通常是微处理器，以控制通过功率源向加热元件提供的电功率的量。装置10的许多实施例还将设有电动机，所述电动机被定位成使平台下方的磁性元件旋转，从而在平台上方产生磁场。当与位于放置在平台14上的容器v中的磁性搅拌棒耦合时，搅拌棒的旋转可以在容器中的液体l中建立涡流，从而分配通过容器的底部接收的热量。与加热元件一样，控制器，优选是控制对加热元件的功率的同一控制器，用于控制提供给使磁性元件旋转的电动机的功率。通过向控制器提供单独的输入，可以分别控制给加热元件和给电动机的功率。在这一点上，可以应用本发明概念的典型装置10可以作为热板、搅拌器或热板搅拌器操作。

在优选的实施例中，平台14将设有温度传感器，所述温度传感器向控制器提供输入信号，从而只要超过预定的温度阈值，就会照亮“热表面”显示器。如果关断加热元件的电源，则该传感器和热表面指示器将优选继续工作，至少工作一有限的照明时间段。尽管这里描述的发明概念可以访问来自温度传感器的输入，但是其实际上独立于“热表面”显示器。

装置10将设有标准插头，用于连接到提供本地可用电功率的插座。它还将在主体12上设有标准和常规的“开/关”开关。然而，本发明概念的第一方面是提供诸如蓝牙装置等的无线通信装置100，其可以被包括在主体12内或连接到主体12上的端口50、诸如通用串行总线(“usb”)端口，其中，连接的端口与一个或多个控制器进行电气通信。在本第一方面中，不管“开/关”开关的状态如何，装置10的操作将在与移动装置失去通信的情况下终止给加热元件的电功率。在本发明的另一且优选的方面，除非并且直到该无线特征被成功地链接到用户u的移动装置d，否则就终止给加热元件的电功率。虽然可选的蓝牙特征提供授权用户的第一保证，但是无线装置的范围可能太大，而无法成为监视值班用户的唯一方式。以蓝牙为例，存在蓝牙无线技术的三个“类别”。大部分蓝牙装置是工作在2.5mw的“2类”装置，其范围达到约10m。工作在100mw的“1类”蓝牙装置达到的范围约为100m。这些中的任何一个似乎都是可以接受的，但1类版本的工作范围可能会被认为对于此目的而言太大。以1mw功率工作的蓝牙的“3类”版本的范围小于10m。可以相信，它的范围可能太有限而无法提供用户期望的监测。

通过主体12中的接近传感器60提供对值班用户提供保证的另一种方式。这种类型的传感器60通常通过感测用户发射的红外(ir)辐射来操作，因此它可以用于确定在预定的接近距离内是否有至少一个用户，因此加热器将不会以无人值守的方式操作。

图2是示出如何调节给实验室装置10的加热元件的功率的功率图。用户使用常规的控制元件向微控制器70提供设定温度，所述微控制器70包含具有执行图3a和图3b中详述的算法的指令的计算机程序。使用微控制器70的输出信号，半导体功率开关72、优选为triac和功率继电器74控制由线路监测器76监测的向优选地位于图1的平台14内的加热器元件78的电功率供应。对微控制器70的温度反馈由至少一个温度传感器80提供。第一或初级温度传感器优选地位于平台14内，但是具有在许多情况下相当于可插入到正在被加热的液体中的热电偶的次级温度传感器并不少见。

分为图3a和图3b的图3提供了算法的流程图1000，在该算法下，实验室装置10在本发明概念下进行操作。在步骤1010下，通常通过装置上的“开/关”开关来启用给实验室装置10的电源。一旦接通电源，就在步骤1012初始化控制器中的系统操作，随后显示设定和测量值，并允许用户更改设定值，如步骤1014所示。在这一点上，显示为判定点1016，控制器确定是否检测到使温度达到设定值的命令。如果没有检测到命令，则路径2010重定向到步骤1014，并且该循环被迭代直到检测到命令为止。

然而，如果在判定点1016检测到使温度达到设定值的命令，则路径2012将控制系统引导到判定点1018，在该点查看是否已启用无线安全特征。无线安全特征是检测具有能够向装置10提供控制信号的能力的移动装置的用户。如果未启用无线安全特征，则路径2014将控制器引导到步骤1022，在该步骤中，用户将能够操作装置10。

如果启用了无线安全特征，则路径2016通向判定点1020，其中，问题在于是否连接了能够与装置10无线通信的移动装置。如果未连接移动装置，则路径2018会返回到步骤1014，以进行迭代循环，直到无线安全特征被禁用或移动装置被连接为止。

如果判定点1020确定连接了移动装置，则路径2020将算法带到步骤1022，在该步骤中，将驱动加热器以达到设定温度。此设定温度可以在装置本身上输入(通过路径2014输入)，或者通过与移动装置的无线通信输入(通过路径2020输入)。

在这一点上，该算法也开始在两个嵌套循环下操作。在这些循环的第一个循环中，判定点1024，类似于判定点1018，将询问是否启用了无线安全特征。如果答案为“是”，则路径2022将转到类似于判定点1020的判定点1026，以询问移动装置是否连接。如果连接丢失，则路径2024将通向步骤1028，并且将终止对加热器的驱动功率。值得注意的是，在步骤1028，加热器驱动功率的终止通过路径2030迭代回到步骤1014。

如果不再启用无线安全特征(路径2026)，或者如果仍连接了移动装置(路径2028)，则仍然允许控制器对加热器进行操作，并且两个路径都迭代回到步骤1022。换句话说，第一循环检查控制器是否具有从建立连接的移动装置接收指令的持续能力，或者它允许在装置上继续进行手动操作。

从步骤1022开始的第二循环与需要用户物理存在以便向加热器提供驱动功率的特征有关。在图3a中，这被示出为路径2032，其通向图3b上的点a，在该点描绘了第二循环的操作。从点a，判定点1030询问是否启用了“用户感测”特征。换句话说，接近传感器能正常工作吗？如果不是，则路径2034将控制器重定向到点b，在该点控制返回到图3a上的点b和路径2020，在那里重复步骤1022。如果启用了接近传感器，则路径2036转到判定点1032，在该点，询问接近传感器是否检测到用户存在。如果检测到用户，则路径2038转到点1034，在该点，将“用户不存在”计时器重置为“0”，并且路径2040返回到图3a上的步骤1022，从而允许继续控制加热器的驱动功率。

如果在判定点1032的查询结果确定为“没有用户存在”，则路径2042通向步骤1044，并且“用户不存在”计时器递增。在此之后，路径2044通向判定点1036，并询问计时器是否已经超过预定的“超时”极限。如果不是，则用户保持在控制和路径2046中，并且在判定点1038，询问计时器是否已经超过预定的“警告”持续时间。如果经过的时间仍然小于警告限制，则路径2048通向点b，并且控制算法返回到步骤1022，而用户仍处于控制状态。如果在判定点1038的查询结果是已经超过“警告”限制的响应，则路径2050通向步骤1040，从而在装置10上引起警告信号和/或转到移动装置上的用户。从那里，控制通过路径2052到达点b，点b回到图3a上的步骤1022。

返回到判定点1036，如果查询产生了已经超过预定的“超时”持续时间的信号，则对于超时限制的用户缺席通过路径2054将控制发送到图3a上的点c，在该点，可以看到路径2056将通向步骤1028，从而终止给加热器的驱动功率，并使控制通过路径2030循环回到步骤1014。

每当控制从图3a上的点a移到图3b时，都会做出另一个判定。通过路径2058到达的判定点1042查看用户控制可以起源的点，以查看是否存在停止向加热器提供驱动功率的命令。如果存在这样的命令，则路径2060转到点c，将算法返回到图3a上的点c，其中，步骤1028终止加热器驱动功率，并通过路径2030将算法循环回到步骤1014。如果没有检测到停止驱动功率的用户命令，则操作可以继续，并且路径2062通向图3a上的点b，在该点，步骤1022继续允许驱动功率根据需要达到设定温度。