专利名称：带散热装置的称的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种称，它有一个称重盘，该称重盘四周由称重室围成，称重室由防风板限定。该防风板的至少一个竖壁由称的静止部分中的一个零件构成。该称有至少一个电热组件被布置在称重室的外面并且与该称的静止部分进行热连接。
背景技术：
用于实验室中要求达到严格精度需求的这种类型的称，比如分析称，经常存在的问题是称重单元电子元件和指示器电子元件所散发出来的热量会在关闭防风板时加热称重室内的空气。当随后打开防风板时，比如往称重盘上放一个物体，与外界空气之间的相互作用会引起相当强的对流空气流。即使在关闭防风板后，在称重室内对流空气流还会持续一段时间，从而引起在相当长一段时间内称重结果不稳定，(这种情况)有些时候会一直持续到对流空气流回复到静止状态。然而，在大多数情况下称重室内的空气层处于不稳定，即使仅达到一个很轻微的程度。通常，这就会在称重室内引起连续的空气循环，于是称重结果就会出现连续的、尽管是很轻微的波动。
德国专利申请DE10,031,415A1披露了一种带有一个称体的分析称，该称体包括一个称体座和一个称体盖，还带有一个称盘，该称盘四周由包围称重室的一个防风板围绕。该称配备有一个装置，用于在称重室或在与称重室相通的一个空间内产生一个向上的窄空气流。该空气流的作用就是在称重室中形成一种对称重操作产生有益影响的温度分布。根据所提出的概念，这种有益的温度分布通过在称重室中的一个受控少量静态空气循环来实现。如该称不同实施例所述可以有不同方式来产生该空气流，例如采用一个安装在称重室后壁上半部分的一个紧凑尺寸的热源，或者采用在称重室下半部分一个开口和上半部分一个开口之间延伸的一个空气导管，该导管内有一个气流发生元件。该气流发生元件可以是一个风扇或一个热源。
德国专利DE10,031,415A1中所述所有实施例的共同之处在于它们都使用了一个元件将额外数量的热量导入称中，该称已经由于内部功率消耗导致该称承受了热载荷。因此，该称重室将处于绝对高于环境温度的一个温度下，在有些情况下甚至会高几个摄氏度，并且因此这一概念未能防止上文所述当防风板被打开时所产生的空气流。还有一个风险就是在称重盘上或其附近的任意小的空气循环都会影响称重结果，即便空气循环是有意形成的。
日本专利JP2,586,115B披露了一种称，其称重室的温度控制为下述方式，即称重室内部的温度大致与环境温度一致，于是就避免了打开防风板时的对流空气流的问题。这一点由一个电热组件来实现的，该组件放置在称重室外，最好在称体的上部。该电热组件与一个冷却盘热接触，该冷却盘沿壁延伸或实际上就作为壁将称重室与包含称重单元电子元件的称体隔离开。冷却盘的作用是将电子元件产生的热与称重室隔离开，于是称重室内部的空气就会与外面的空气保持温度一致。因此，在称重室及其四周空间内即使打开防风板时也不会产生由温度引起的对流。类似地，也不会因把称重物体从外面放入称重室而对称重结果产生热影响，因为该称重容器、该称重样品本身以及被包围在称重容器内的外部空气一起都已经与称重室内部的温度一致了。
然而，根据日本专利JP2,586,115B的附图，给人的感觉是它所提出的电热组件的布局会引起自身的一些问题。这种电热组件的放置地点，最好是在称体的上部，对于将热从作为电热组件热防护板的冷却盘上排除掉这个目的来讲已经足够了，因此称重室的温度就大致与环境温度相一致了。然而，所提出的这种解决方法充满了在称重室中存在不稳定的分层空气的风险，因为这种方法容易在称重室中产生温度分布，顶部是冷空气，而下部是热空气。这样不可避免的结果就是在称重室中有一对流空气循环，这在高度灵敏的称中将出现称重结果的波动。
发明内容
因此本发明的目的就在于在称重室中以及，如果需要的话，同时在旁边的测量单元室中形成一个令人满意的空气分布，于是空气按照使称重结果得以精确的方式进行分层。此外，本发明力图基本彻底解决由于称中电子元件的功率消耗而产生的热平衡问题。
这些上述目标可以通过独立权利要求中的特征来实现。一种称有一个称重盘，该称重盘四周由称重室围成，该称重室由一块防风板限定，该防风板的至少一个竖壁由该称的静止部分中的一个零件构成。该称有至少一个电热组件被布置在称重室的外面并且与该称的静止部分热连接。电热组件被布置得靠近该称的下部的静止部分。至少一个竖壁的底端与该电热组件进行热接触，并且该竖壁被构造为使温度在该竖壁上呈梯度分布，于是从该壁的底到顶温度逐渐升高。
如本发明所述的布置使称重室内部温度与周围环境温度保持接近。同时，在该静止的大体垂直的壁上产生一个受控温度梯度，于是温度从该壁的底到顶依次升高。电热组件的这种布置及其与称的热耦合是为了同时在称重室中也形成一个温度梯度，于是在一个准备进行作业的称中，温度由底到顶升高。这样在称重室中就形成了一个稳定的空气分层，即使打开或关闭防风板也几乎不会产生什么有害的影响。这种稳定的空气分层防止产生一个对流空气循环，并因此就不会有由气流产生的力作用于称盘上，于是所指示的称重结果就保持稳定。
该称的静止部分有一底板，它由具有良好导热性的材料制成，该板长度为称的全长，并且与电热组件密切热接触。在一个优选实施例中，电热组件直接接触到该底板上。
通过降低称底板区域上的温度，最好比环境温度低几十分或几百分之一度，就可以在称重室内得到理想的稳定的空气分层，至少是在只要关闭了防风板的情况下，于是整个称重室的温度就接近了环境温度，最好是在称重室底板附近比环境温度低几十分之一度而在称重室顶部附近比环境温度高几十分之一度。于是，至少在称重室下部在称重盘附近不会产生对流，于是称重结果就保持稳定了。
如果称的静止部分包括一个称体，该称体围绕一个测量单元室，最好直到称重室的后部，该静止竖壁将称重室与测量单元室隔开，那么测量单元室内的空气同样将会有一个垂直的温度梯度并且因此空气分布就在很大程度上保持稳定并且不产生对流。
在静止竖壁和/或称重室的顶端和底端之间的温差不是很大，而是最多可达1℃，尤其为大约0.5℃。如果称有一个如上所述的测量单元室，它也会在顶和底之间存在相同的温差。
在如本发明所述的一个特别优选实施例中，电热组件温度低的一侧与一个导热体相连，该导热体与静止竖壁及底板相连。该导热体作为一个散热器并因此确保将热量从称中有效地散去。
为支持沿静止壁、称重室和/或测量单元室形成一个温度梯度，与称重单元连在一起的电子元件被主要安装在称体上半部，特别是称体内上部三分之一的空间，于是竖壁上的温度梯度就由从电子元件散发到竖壁上的热流增强。在竖壁上温度梯度的稳定性主要由专门设计的竖壁来保证，该竖壁的材料厚度从底到顶递减。
在电热组件高温一侧安装有一个散热器，用于将热量迅速散到周围大气中。
在一个优选实施例中，该称有一个指示和操作单元，该单元可与底板进行热接触，于是由指示和操作单元的功率消耗所产生的一部分热量通过底板散去，并且在有些配置中通过导热体和电热组件散去。另一方面，底板也通过热辐射和空气的热传导吸收从指示和操作单元发出的热量。底板也会覆盖防风板前面板底部的一部分，并且因此防止称重室受到指示和操作单元的热辐射。
在如本发明所述的另一个实施例中，防风板前壁的构架最好由金属制成并与底板接触良好，该底板作为一个防护板以阻止从指示和操作单元发出的热量并同时作为一种装置以促使在前壁上也形成一个温度梯度。
通过把指示和操作单元产生的热散发掉，称重室在面对指示和操作单元的区域就避免被加热，于是指示和操作单元就可以被更加灵活地进行安装以便与称的特定应用需求相适应，在大多数情况下不必考虑功率消耗的大小。
附图简介下面将参考一个根据附图所描述的实施例来对本发明所述创造性构思进行详细描述，其中
图1示出电子组件被布置在称重室外的称的纵向剖面图；图2示出在称的称重室和测量单元室之间分隔壁件的横截面图，在该壁件上生成一个温度梯度，并且图3示出图1所示称的温度分布和在称操作过程中产生的热流的示意图。
具体实施例方式
图1示出一种称的纵剖面图，这种类型的称被经常用作分析称，用于在实验室中测量微量材料的重量。称1的称重室2包括称重盘3并由防风板4包围。防风板4有一个最好固定的前壁5和一些可活动以打开和关闭称重室2的壁板。这些可活动的壁板包括一个顶盖板6，它构成称重室的顶部，侧壁板(在附图中见不到)构成称重室的侧面。在底部和朝向后部(相对称的工作位置的方向上)，称重室2由防风板围体4的其它部分，比如，由称重室底板7和由一个竖壁封闭，在所示实施例中，一个分隔壁8作为一个测量单元室9的边界。该测量单元室9主要包括称重单元18和称重单元电子元件20，称重单元18被封闭在另一个分隔室19之中。整个测量单元室由称体10包围，该称体10还包括一个底板11，其沿着称1的全长延伸。该底板11不必为实材料板，但也可以被构造为包括比如校准机构的中空底板室。该底板11在任何情况下都是称体10的一个支撑部分。底板前端安装有一个紧固件12用于固定指示和操作单元13。后者最好可以与称体10分开。
在所述实施例中的称重盘3通过一个穿过分隔壁8的悬臂21被连接到称重单元18上。
一个至少覆盖测量单元室9底板的导热体15被固定连接到称体10上，特别是被连接到底板11和分隔壁8上，后者构成防风板4的一部分和称体10的一部分。一个电热组件16，特别是一个珀尔帖组件，被紧密热连接到导热体15上，该电热组件16的低温一侧朝向导热体15。带有冷却风扇的一个散热器17被连接到电热组件16的高温一侧以便加速与四周大气的热交换。
电热组件16的功能是将称1所散发的热散去并使之散发到外界空气中。热发生器主要是称重单元电子元件20，它们被布置在测量单元室9的大部分上部区域，并且一个指示和操作单元13被主要布置在称的正面区域。电热组件16在散发多余热量时特别有效因为它与导热体15密切热接触并且通过后者连接到底板11和分隔室8。于是，称1的所有零部件，但主要是称重室2和测量单元室9，被经常保持在一个与称1周围空气温度接近的一个温度上。
在称1下部布置电热组件16还有其它有用的影响。主要是与测量单元室9上半部或上三分之一部分中的称重单元电子元件20相配合，该称重单元电子元件20作为分隔壁8上的一个热源，并且由于该分隔壁8本身的设计(见下文)，一个温度梯度可以在分隔壁8上形成，一个理想的温度从分隔壁8的底部向顶部依次增高。分隔壁8上部与下部之间的温差可高达1℃，但最好在0.5℃左右。分隔壁8上的温度分布情况也同时与分隔壁两侧的空气相同。结果是，称重室2内以及测量单元室9内的空气呈现一个稳定的层状分布，其中温度从底部到顶部逐渐升高。这个状态特别由于下述原因而得到增强，即底板11与导热板15相接触并因此可能在某种程度上被保持在一个较低的温度上。底板11的温度可能会比环境温度低几十分之一度，大致不超过0.5摄氏度。
由于稳定的空气分层，在称重室2中以及在测量单元室9中的空气循环被最大程度地避免了。在称重室内，特别在称重盘3附近的空气是平静的，在此处由于冷却板11的存在，温度稳定的空气分层在整个水平区域得以延伸。
选择散热装置的整个尺寸和电热组件16的功率时要使作用于称1的净热流大约为0。结果是，整个称1接近于环境温度，而称底板区域的大部分稍微低于环境温度并且靠近盖板6的那些零部件稍微高于环境温度。
图2给出一个实施例中分隔壁8的剖面图，该实施例中分隔壁8例如可以由铝铸造。这个形状特别适用于在分隔壁8中形成稳定的温度梯度。尽管与导热体15及底板11相接触的分隔壁8的底部由一个实材料板组成，但壁的厚度从下至上逐渐减少。分隔壁的上部厚度减少了相当多，大致为底部的1/5，并且该壁在顶部由横肋22加强。分隔壁8逐渐变薄这种方式使之随高度增加降低了壁的导热能力。与冷却的底板11特别是导热体15的冷却相配合，导热能力降低，以及称重单元电子元件对上部的加热，共同促成了稳定温度梯度的形成。放在分隔壁8上边界的盖板6最好由玻璃制成，而紧邻一个横肋22的称体10的后部由聚合材料制成。
图3给出与图1类似的称1中热流的示意性纵剖视图。高温区域或热源用深灰色调示出而低温区域或散热器由浅灰色调示出。箭头A至F指示的是热流的方向。在分隔壁8(箭头A)的上部产生一个流入热流，而在下部产生一个流出热流(箭头B)。图3特别示出沿分隔壁8的温度梯度，该温度梯度如上所述一方面是由被布置在顶部并作为热源的称重单元电子元件20形成的，另一方面由作为散热器的底板11形成的。该温度梯度的稳定性由如图2所示结构的分隔壁或由具有一个其厚度从壁底到壁顶逐渐减少的壁的类似构造来帮助实现。
由称重单元电子元件20散发出的热量的一部分被散发到(见箭头C)称重单元18上方的空间中，在该处它特别有助于在测量单元室9中形成稳定的空气分层，比如，没有对流的空气分布，因为测量单元室9的下端由导热体15构成，于是在这一区域就形成了一个所希望的温度梯度。被连接到电热组件16低温一侧的该导热体15由具有良好导热性的材料制成，比如铝，于是导热体15与电热组件16低温一侧的温度相同，电热组件高温一侧通过装有风扇的散热器17与四周大气进行热交换，以便将称的废热连同电热组件内部产生的废热一起排放到如白色箭头D所示的周围空气中，该箭头D示出了电热组件16作为一个热泵的功能。也可设想在系统中的这个地方使用一个活动元件比如一个风扇，以便将电热组件16高温一侧的热量排放到四周大气中。
指示和操作单元13代表了另一个热源。随着可编程称的广泛使用，用于称的指示和操作单元13的设计变得越来越重要。特别需要的是指示和操作单元13带有大的、有效背后照亮的用户界面区域。然而，这些单元使用更多的能源并因此就比传统的指示和操作单元散发出更多的能量。然而从指示和操作单元13所散发的能量中产生的废热可以对称重室2中的热状态产生下述影响，即指示和操作单元作为在前壁5下部的一个热源并加热了称重室2中的周围空气。当然，这对稳定分层空气分布是非常有害的。
为防止在称重室2中由于指示和操作单元13散发热量导致产生对流循环，该热量由底板11排去，底板11与导热体15(见箭头E)热耦合并因此大致保持为导热体15的温度。于是，一个热流产生(见箭头E)并从指示和操作单元13进入底板11，在该处部分热量通过紧固装置12、另一部分热量通过空气被传导，一些热量也通过辐射散发掉。于是，指示和操作单元13不再作为一个热源影响称重室2下部的空气。称重室2的整个底板7由底板11冷却，于是靠近底板的空气层温度大约等于环境温度，最好低几十分之一度。这就有助于在称重室2内部，至少在称重盘3附近，形成一个没有对流的分层空气分布。
可以设想在称重室2的前壁5配备这样一种框架，它含有比如一种金属，并因此实现前壁5与底板11的热耦合。于是，在前壁5上也产生一个温度梯度，最好沿垂直方向，它也起到了防护称重室2免受到热量影响的作用，这个热量是由指示和操作单元13散发的能量产生的，并通过辐射和/或外界空气的对流被导入称重室。
另一种设计选择是，前壁5的下端可安装一个可与底板11热耦合的热屏障(图中未示出)并因此，如前述方式，防止称重室2免受由指示和操作单元13产生的热量的影响。可以设想前壁5的其它特殊设计方案，采用一块特殊的有足够大热传导能力的玻璃制成的前壁5来实现称重室2对指示和操作单元13的热防护，于是前壁5的底部就保持更低温度因为它与冷却了的底板11相连。
不言自明，称中电热组件16也可被布置在底板11的不同位置上而不是在所示的靠近测量单元室9后壁14下部的位置上。比如可以设想将电热组件布置在底板11下面或底板11的侧面，比如称重室2的每个侧壁的下面。将电热组件16布置在称1下部，电热组件的低温侧主要与称1的支撑部件接触，这在任何情况下都是明智的。
在一些已知称中，称重单元及所连接的电子元件被布置在称重室底板下的一个测量单元室中。在这种类型的称中，电热组件可同样有利地被用作一个散热设备，比如通过将电热组件连接到构成称静止部分的测量单元室上，该组件的低温一侧与测量单元室接触。最好，这种布置的电热组件也与称重室底板紧密热接触，于是在大体上垂直的静止壁上形成的温度梯度也可与称重室内的空气相同，于是就保证了稳定的分层空气分布。在某些情况下可能有必要通过对一个或多个称重室壁的上部进行稍微加热来促使在称重室和在称重室至少一个壁上形成稳定的温度梯度。这一点可以通过将一个加热元件布置在需要加热的壁的部位上或通过将热空气从电热组件的高温一侧导向需要加热的壁的部位来实现。
权利要求
1.一种称(1)，包括一个称重盘(3)，该称重盘(3)四周由一个称重室(2)包围，该称重室(2)由一个防风板(4)限定，其中该防风板的至少一个竖壁(8)构成称(1)静止部分的一个零件，至少一个电热组件(16)被布置在称重室(2)的外面并且与称(1)的静止部分热连接，其特征在于该电热组件(16)被布置得靠近称(1)下部的静止部分，该至少一个竖壁(8)有一个下端部分与电热组件(16)热连接，并且该竖壁(8)被配置为在该竖壁(8)上形成一个温度梯度，从壁(8)的底部到顶部温度升高。
2.如权利要求1所述的称(1)，其特征在于，所述称的静止部分有一底板(11)，它沿着称(1)的全长延伸并且由一种具有良好导热性的材料构成，所述底板(11)与该电热组件(16)热连接。
3.如权利要求1或2所述的称(1)，其特征在于，所述称(1)的静止部分包括一个包围测量单元室(9)的称体(10)，所述静止竖壁(8)被构造为称重室(2)与测量单元室(9)之间的一个分隔壁。
4.如权利要求3所述的称(1)，其特征在于，所述测量单元室(9)中的空气有一垂直温度梯度，其中温度沿着向上的方向升高。
5.如权利要求1-4之一所述的称(1)，其特征在于，所述称重室(2)中的空气，至少在称重盘(3)附近，有一垂直温度梯度，其中温度沿着向上的方向升高。
6.如权利要求1-5之一所述的称(1)，其特征在于，所述静止竖壁(9)和/或称重室(2)的上端和下端之间的温差最大为1℃左右，尤其在最大为0.5℃的范围内。
7.如权利要求3-6之一所述的称(1)，其特征在于，所述测量单元室(9)的上端和下端之间的温差最大为1℃左右，尤其在最大为0.5℃的范围内。
8.如权利要求2-7之一所述的称(1)，其特征在于，所述底板(11)的温度比环境温度不高过几十分之一度，但最好比环境温度低几十分之一度。
9.如权利要求2-8之一所述的称(1)，其特征在于，所述至少一个电热组件(16)被连接到底板(11)上，电热组件(16)的低温侧面对底板(11)，而高温侧面向外面。
10.如权利要求2-8之一所述的称(1)，其特征在于，所述称(1)包括一个导热体(15)，它被连接到底板(11)和竖壁(8)上，并且该电热组件(16)与导热体(15)连接，该电热组件(16)的低温侧面对导热体(15)，而高温侧面向外面。
11.如权利要求1-10之一所述的称(1)，其特征在于，所述电热组件(16)的高温侧连接到一个散热器(17)上，以便迅速将热排到周围空气中。
12.如权利要求3-11之一所述的称(1)，其特征在于，所述称重单元电子元件(20)被布置在测量单元室(9)的上半部分，尤其是上1/3部分，使得从称重单元电子元件(20)到静止竖壁(8)产生一个热流，并且所述热流增强了静止竖壁(8)上的温度梯度。
13.如权利要求1-12之一所述的称(1)，其特征在于，所述至少一个竖壁(8)的材料厚度沿着向上的方向减少。
14.如权利要求1-13之一所述的称(1)，其特征在于，所述称有一个指示和操作单元(13)，它可与所述底板(11)热接触，从而将由所述指示和操作单元(13)散发能量所产生的热量排去。
15.如权利要求1-14之一所述的称(1)，其特征在于，一个前壁(5)构成限定所述称重室(2)的防风板(4)的一部分，并且该前壁(5)具有一个被连接到所述底板(11)上的金属框架。
全文摘要
一种称(1)，包括一个称重盘(3)，该称重盘(3)四周由一个由防风板(4)限定的称重室(2)包围，该防风板的至少一个竖壁(8)构成称(1)静止部分的一个部件，至少一个电热组件(16)被布置在称重室(2)的外面并且与称(1)的静止部分热连接。该电热组件(16)被布置得靠近称(1)下部的静止部分，并且该至少一个竖壁(8)有一个下端部分与电热组件(16)热连接。该竖壁(8)被构造为在该竖壁(8)上形成一个温度梯度，从壁(8)的底部到顶部温度升高。
文档编号G01G23/48GK1487271SQ0315567
公开日2004年4月7日 申请日期2003年9月2日 优先权日2002年9月6日
发明者布鲁诺·纽弗, 斯特凡·比勒, 保罗·卢钦赫尔, 爱德华·弗林格利, 弗林格利, 比勒, 卢钦赫尔, 布鲁诺 纽弗 申请人:梅特勒-托莱多有限公司