具有应用单元的称量设备的制作方法

本发明涉及一种用于实验室的称量设备。

背景技术：

称量设备通常被用于实验室中来确定样本的重量或者重量变化。此外，在实验室中，通常必须在同一样本上执行多个操作。例如，可能必须称量样本并且另外还必须对样本进行磁性地搅拌或者分配或者任何这样的操作。而不是使用多个设备来对同一样本执行这些不同操作，可以使用单个设备。

取决于作为由实验室专家操作的实验室设备的称量设备，并且取决于在给定实验室的特定事项，可能期望的是，不同的应用单元被放置在对于使用者最有利地地方。然而，一方面，这与操作称量设备的事实相冲突，因为必须在称量设备的应用单元之间维持数据和电力的流动。另一方面，用于信号传输的电力或者数据线的安装是昂贵的和占空间的。

在US 5261742 A中详述了一种这样的设备，其中称量设备除了称量样本之外执行磁性地搅拌样本材料的附加操作。在该文献中分开地给称量天平和磁性搅拌器供电。磁性搅拌器可移除地附连至称量天平并且具有连接至其上的单独的气动供能机构。上述美国公开文献中所详述的设备的缺点是，其需要用于给磁性搅拌器供能的复杂布线以增加所需空间以及用于安装的成本。这种设备的另一缺点是，其使用两个单独的电源来给称量天平和磁性搅拌器供电，从而增加了电力消耗。

在文献US 8430135 B2中详述了另一种具有不同于称量的附加应用的这种设备，其中存在测量分配装置。分配装置分配材料，同时称量所分配的样本材料。该设备的缺点是，对要求额外空间的附加外部控制单元和连接至其他单元的复杂布线的需要使得设备庞大且昂贵。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种易于使用、紧凑、能量有效且成本有效的称量设备。

本发明进一步的目的是提供一种能在正称量的样本材料上执行附加操作的称量设备。

考虑到上述目的，本发明详述了一种根据独立要求的称量设备。

一方面，根据本发明，提供了一种包括称量单元、控制单元和至少一个应用单元的称量设备。这种应用单元包括在辅助单元内；该辅助单元还包括接收单元。控制单元包括数据传输单元。称量单元包括负载接收器和电力传输单元。辅助单元被在称量单元的顶侧与辅助单元的底侧之间留有间隙地放置在称量单元的负载接收器上。称量单元通过该间隙将电力信号从电力传输单元传输给辅助单元的接收单元，并且通过该间隙将控制信号从数据传输单元传输给辅助单元的接收单元。因此，辅助单元且进而应用单元分别由称量单元和控制单元非接触地供电和控制。

本发明的有益特征是，由于应用单元分别由称量单元和控制单元非接触式地供电和控制，所以称量设备变得紧凑并且不庞大，由于没有用于电力和数据传输的缆或者绳。

根据本发明，电力传输单元包括至少一个发送线圈。该发送线圈朝着称量单元的顶侧地放置、面向辅助单元的底侧。

电力传输单元被用于使用发送线圈将电力信号从称量单元朝着辅助单元传输。

发送线圈朝着称量单元的顶侧放置的优点是协助非接触式电力传输的过程。

根据本发明，还在接收单元内提供了电力接收单元。该电力接收单元包括朝着辅助单元的底侧放置的接收线圈。

电力接收单元用于通过接收线圈接收从称量单元的电力传输单元的发送线圈传输的电力信号。同时，电力接收单元和电力传输单元从而协助称量单元与应用单元之间的非接触式电力传输。

接收线圈朝着辅助单元的底侧放置的优点是协助两个线圈之间的非接触式电力传输过程。当辅助单元被放置在负载接收器上时，分别承载发送 线圈及接收线圈的称量单元的顶侧和辅助单元的底侧相互面对，并且进而使两个线圈相互面对以使得发送线圈当被连接至标准电源时通过横跨间隙的电磁场将电力传输至接收线圈，在接收线圈处其被转换回电能并且被利用。

因此，发送线圈和接收线圈通过感应耦合帮助将电力从称量单元传输给应用。发送线圈当由连接至称量单元的标准电源供能时将电力感应到接收线圈内，该接收线圈进而给应用单元供电。

根据本发明的一个方面，发送线圈和接收线圈分别相对于称量单元的顶侧和所述辅助单元的所述底侧水平地定向。

发送线圈和接收线圈的水平定向的优点是使得称量设备使用较小空间而不庞大。线圈被放置在辅助单元与称量单元之间从而节省了额外的空间以使得称量设备紧凑、轻巧且易于使用。

根据本发明的另一方面，发送线圈和接收线圈分别相对于所述称量单元的所述顶侧和所述辅助单元的所述底侧竖直地定向。

从发送线圈与接收线圈之间所产生的感应力不应该处于其可能影响称量准确度的称量方向的观点来看，发送线圈和接收线圈的竖直定向是有利的。为了相同理由，线圈可以被竖直地定向并且放置在称量单元后面以使得感应力不会妨碍称量操作。

在一个方面，根据本发明，作为将辅助单元放置在称量单元的负载接收器上的结果而在发送线圈与接收线圈之间所形成的间隙的宽度介于从5mm到最大100mm的范围。

根据本发明，间隙的宽度从5mm直到最大100mm的范围，间隙的精确宽度取决于应用单元的类型。例如，对于像磁性搅拌器的应用的间隙宽度通常是固定的并且在机械上设计为5mm。5mm的短间隙是特别有用的，因为短间隙确保了良好的电力传输效率。此外，在实验室应用中，短间隙确保了紧凑的设备。另一实例将是作为应用单元的计量泵。用于计量泵的间隙的宽度不是固定的或者像在磁性搅拌器中一样在机械上设计并且范围达到最大100mm。间隙的柔性宽度(>＝100mm)的理由是，当具有样本的瓶子被放置在称量单元上时，定位公差不应该太被局限，以为使用者提供良好的使用性。

在本发明中，从称量单元至辅助单元且进而至应用单元的电力传输和/或从控制单元至辅助单元且进而至应用单元的数据传输是无缆线的或者无绳的。

根据本发明的无缆线的或者无绳的电力和/或数据传输的优点是，称量设备变得紧凑、易于使用以及易于清洁。

根据本发明，应用单元无外部的使用者控制器件并且由此可以从控制单元自身访问，该控制单元还控制称量单元从而提高使用者的可接近性并且容易使用。

根据本发明的具有无外部使用者控制器件的应用单元的优点是，在应用单元的几何形状上存在较小特征，以使得对用户友好以及清洁其变得更容易以降低交叉污染的风险。

根据本发明的称量设备包括单个标准电源，该电源用来为称量单元和辅助单元两者供电。

本发明的有利特征是，由于使用单个电源给称量单元以及应用单元供电，所以称量设备是电力有效的和成本有效的。

根据本发明的称量设备具有单个控制单元来控制称量单元和辅助单元两者。

根据本发明，控制应用单元和称量单元两者的单个控制单元是有利的，因为其避免了对多个控制单元的需要以使得设备紧凑、成本有效且对用户友好。

称量设备的辅助单元包括备用电池以另外给辅助单元供电。

辅助单元接收从如上所述的电力传输单元非接触式地传输的电力，但有时辅助单元所需的电力比由电力传输单元所传输的多。为了确保辅助单元接收操作应用单元(多个应用单元)所需的足够电力，在辅助单元中放置另外的备用电池。

辅助单元中的备用电池的优点是，在从称量单元移除辅助单元的情况下或者当发送(post)一操作时，留在辅助单元的备用电池中的过量充电能够向辅助单元供给操作应用单元所需的电力直到最后剩下备用电池。

备用电池的进一步的优点是，其使得称量设备更可靠以及较少倾向于出错，因为在一个电源暂时失效时辅助单元可以从两个电源接收电力。

根据本发明的称量设备的应用单元可能是(但不限于)以下任何一种：磁性搅拌器或者分配单元或者定量加料器。

一种根据本发明的通过称量单元给应用单元非接触式地供电的方法，其中该方法包括一旦发送线圈被连接至称量单元的标准电源供能时则通过发送线圈和接收线圈的电感耦合来传输电力。

通过称量单元给应用单元非接触式供电的本方法的优点是使得设备对用户友好、成本有效且电力有效。

通过称量单元给应用单元非接触式供电的本方法的进一步优点是避免了对在应用单元与称量单元之间传输电力的缆线的需求以使得设备紧凑且成本有效。

一种根据本发明的通过控制单元来非接触式控制应用单元的方法，其中该方法包括经由诸如但不限于光耦合(optocoupling)、光电耦合(photocoupling)、RFID转输、红外线转输或者蓝牙转输的协议中的任何一种来将控制信号从数据传输单元传输给包含在接收单元内部的数据接收单元。

包含在接收单元内的数据接收单元被用于接收从控制单元的数据传输单元所传输的控制信号或者数据信号。数据接收单元和数据传输单元从而协助称量单元与应用单元之间的非接触式数据或者控制信号转输。

通过称量单元非接触式控制应用单元的本发明的优点是避免了对在应用单元与称量单元之间传输数据或者控制信号的缆线的需求以使得设备紧凑且成本有效。

使用类似蓝牙、红外线、RFID、光耦合或者光电耦合的协议的本发明的优点是，可以通过连接至称量单元的端子非接触式地控制应用单元，这有助于避免对在应用单元与称量单元之间传输数据或者控制信号的缆线的需求以使得设备紧凑且成本有效。

在本发明的另一有利实施例中，电力和控制信号分别被及时地传输给接收单元。

根据本发明的一个方面的分别传输电力和控制信号的优点是该方法使得称量设备能量有效且成本有效。

本发明的进一步有利的实施例是通过叠加电力信号和控制信号两者来 同时将电力信号和控制信号传输给接收单元。

根据本发明的另一方面的同时传输电力和控制信号的优点是该方法使得称量设备时间有效。

附图说明

在附图中所图解的实例的说明中阐述了根据本发明的称量设备的细节，其中

图1示出了根据本发明的称量设备的方框图；

图2示出了正交于z轴地切开的称量设备的侧视图，其中在根据本发明的称量单元与辅助单元之间电感耦合电力信号；

图3示出了正交于z轴地切开的称量设备的侧视图，其中根据本发明从控制单元向辅助单元非接触式地传输控制信号；和

图4示出了正交于z轴地切开的称量设备的侧视图，其中应用单元是一种根据本发明的另一实施例的具有相对于称量单元的顶侧和辅助单元的底侧分别竖直定向的发送线圈和接收线圈的磁性搅拌器；和

图5示出了正交于z轴地切开的称量设备的侧视图，其中根据本发明的又一实施例的应用单元是定量加料单元并且发送线圈和接收线圈分别相对于称量单元的顶侧和辅助单元的底侧正交地定向。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的称量设备1的方框图。如可以在方框图中看到的，称量设备1包括称量单元2、控制单元42和辅助单元4。

如图1中所示的称量单元包括负载传感器40、负载接收器6和电力传输单元8。当待称量的物品(图中未示出)被放置在称量单元2上时，由该物品所施加的力被负载接收器6传输给负载传感器40，在该处该力被转换成相当的电信号以给出物品的重量。电力传输单元8用于将电力传输给辅助单元4。称量单元2如图1所示地由标准电源14供电。控制单元42被连接至称量单元2。控制单元42包括数据传输单元26，该数据传输单元被用来向辅助单元4传输数据。如图1中所示的控制单元42被在外部地连接至称量单元2。然而，控制单元42也可以被放置在称量单元2内部。

如图1中所示的辅助单元4包括至少一个应用单元10、接收单元12和备用电池13。应用单元10可能是磁性搅拌器、分配器或者定量加料单元(仅举几个实例)中的任何一种。接收单元12还包括电力接收单元32和数据接收单元28。这两个单独的接收单元被用于分别从辅助单元4接收电力和数据。如在图1中可以看到的电力信号34可以被从电力传输单元8非接触式地传输至电力接收单元32。此外，控制信号36也可以如在图1中可以看到地被从数据传输单元26非接触式地传输给数据接收单元28。备用电池13如在图1中可以看到地包含在辅助单元4内以确保在通过非接触式电力传输未接收到足够电力的情况下向辅助单元4供给操作应用单元10所需的足够电力。

图2示出了正交于z轴地切开的称量设备1的侧视图，其中在根据本发明的称量单元2与辅助单元4之间电感耦合电力信号34。如在图2中看到的，电力传输单元8包括至少一个发送线圈16，并且电力接收单元32包括至少一个接收线圈18。电力传输单元8且因此发送线圈16朝着称量单元2的顶侧20地放置，并且电力接收单元32且因此接收线圈18朝着辅助单元4的底侧22地放置，从而一旦辅助单元4被放置在称量单元2的负载接收器上时具有两个相应线圈的侧部相互面对。当辅助单元4被放置在称量单元2的负载接收器6上时，如在图2中看到的，在发送线圈16与接收线圈18之间产生了间隙24。分别承载发送线圈16和接收线圈18的称量单元2的顶侧20和辅助单元4的底侧22类似于先前提及地相互面对，并且进而使两个线圈相互面对，从而当被连接至标准电源14(图1中所示)时发送线圈16通过横跨间隙24的电磁场将电力信号34传输给接收线圈18，在该处其转换回电力并且被利用。控制单元42被连接至称量单元2。控制单元42包括数据传输单元26，该数据传输单元被用来向辅助单元4传输数据。如图2中所示的控制单元42被在外部地连接至称量单元2。然而，控制单元42也可以被放置在称量单元2内。备用电池13如在图2中可以看到地包含在辅助单元4内，以确保在通过非接触式电力传输未接收到足够电力的情况下向辅助单元4供给操作应用单元10所需的足够电力。

在本发明中，取决于应用单元10的类型，一旦辅助单元4被放置到称量单元2的负载接收器6上，则在发送线圈16与接收线圈18之间所产生 的间隙24的宽度介于在5mm到最大100mm的范围。例如，对于类似于磁性搅拌器的应用，间隙24的宽度被固定为大约5mm，但是对于类似定量加料单元的应用，间隙24的宽度能上升到最大100mm。

图3示出了正交于z轴地切开的称量设备1的侧视图，其中从根据本发明的控制单元42向辅助单元4非接触式地传输控制信号36。如在图3中看到的，控制单元42包括数据传输单元26。当存在控制应用单元10的需求或者如果需要与辅助单元4通信时，控制单元42向数据传输单元26发送控制信号36或者相当的数据信号，该数据传输单元26然后如图3中看到的非接触式地将该控制信号36传输至数据接收单元28。数据传输单元26可能是以下任何一种(但不限于)：蓝牙发射器、红外发射器、RFID发射器或者光源。数据接收单元28能是以下任何一种(但不限于)：蓝牙接收器、红外接收器、RFID接收器或者光电传感器。因此，应用单元10是无外部的使用者控制器件的并且由此可以从控制单元42来访问和控制。

根据图2和图3，很明显，因为电力和数据分别被从电力传输单元8和数据传输单元26非接触式地传输至辅助单元4的接收单元12，所以电力和数据从称量单元2至辅助单元4或者应用单元10的传输是无缆的或者无绳的。

在本发明的优选实施例中，可以通过叠加控制信号36和电力信号34来同时发送控制信号36和电力信号34，以使得设备时间有效。

在本发明的优选实施例中，可以分开发送控制信号36和电力信号34，以使得该设备能量有效。

图4示出了正交于z轴地切开的称量设备101的侧视图，其中应用单元110是一种根据本发明的另一实施例的具有相对于称量单元102的顶侧120和辅助单元104的底侧122竖直定向的发送线圈116和接收线圈118的磁性搅拌器。在图4中，称量单元102的顶侧120正交地延伸以形成正交的顶侧121以及辅助单元104的底侧122正交地延伸以形成正交的底侧123。发送线圈116从而被朝着称量单元102的正交顶侧121地放置并且接收线圈118从而被朝着辅助单元104的正交底侧123地放置以使得两个线圈竖直地定向(沿着y-y'轴)。从而，两个线圈能如图4中所看到地被放置在称量单元102的背侧125(其也是称量单元102的正交顶侧121)上，以 确保感应力不会处于称量方向上。当辅助单元104被放置在称量单元102的负载接收器106上时，通过间隙124从发送线圈116到接收线圈118电感耦合电力。该感应电力然后给磁性搅拌器130和加热线圈145供能，该磁性搅拌器130和加热线圈145分别搅拌和加热烧杯144中的样本。对于像磁性搅拌器130的应用的间隙124的宽度是固定的并且机械地设计为5mm。

图5示出了正交于z轴地切开的称量设备201的侧视图，其中应用单元210是一种根据本发明的又一实施例的具有分别相对于称量单元202的顶侧220和辅助单元204的底侧222竖直定向的发送线圈216和接收线圈218的计量泵230。在图5中，称量单元202的顶侧220正交地延伸以形成正交的顶侧221以及辅助单元204的底侧222正交地延伸以形成正交的底侧223。发送线圈216从而被朝着称量单元202的正交顶侧221地放置并且接收线圈218从而被朝着辅助单元204的正交底侧223地放置，以使得两个线圈竖直地定向(沿着y-y'轴)。两个线圈从而可以如图4中可看到地被放置在称量单元201的背侧225处以确保感应力不会处于称量方向上。当附连到泵230和反应器244上的容器246被放置在称量单元202的负载接收器206上时，通过间隙224从发送线圈216到接收线圈218电感耦合电力。该感应电力然后给泵230供能，该泵230可控地从容器246向反应器244分配样本。用于像分配泵230的应用的间隙224的宽度不是固定的并且范围可达最大100mm。控制单元242被连接至称量单元202。控制单元242包括数据传输单元226，该数据传输单元被用来向辅助单元204传输数据。如图5中所示的控制单元242被在外部地连接至称量单元202。然而，控制单元242也可以被放置在称量单元202内。备用电池213包含在辅助单元204内以确保在通过非接触式电力传输未接收到足够电力的情况下向辅助单元204供给操作应用单元210所需的足够电力。

本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离本发明的精神或者实质特征的情况下本发明可以其他特定形式来体现。因此，目前所公开的实施例无论从哪一点来看仅认为是说明性的而非限制。本发明的范围由所附权利要求而非前述说明来指明，并且在含义和范围和其等同物的范围内的所有变化意在包含在其中。

附图说明

1,101,201 称量设备

2,102,202 称量单元

4,104,204 辅助单元

6,106,206 负载接收器

8 电力传输单元

10,110,210 应用单元

12 接收单元

13,213 备用电池

14 电源

16,116,126 发送线圈

18,118,128 接收线圈

20,120,220 (称量单元的)顶侧

22,122,222 (辅助单元的)底侧

121,221 (称量单元的)正交顶侧

123,223 (辅助单元的)正交底侧

24,124,224 间隙

26,126,226 数据传输单元

28 数据接收单元

32,132,232 电力接收单元

34 电力信号

36 控制信号

38,138,238 电感耦合

40,140,240 负载传感器

42,142,242 控制单元

130 磁性搅拌器

144 烧杯

145 加热线圈

230 定量加料器

244 反应器

246 容器