靜電力的檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】本方法用來評(píng)估稱量對(duì)象（2）上的靜電荷（5）對(duì)天平（1）的稱量結(jié)果的影響。天平（1）具有測(cè)力單元（17）和其上放置了要被稱量的對(duì)象（2）的負(fù)載接收器（6）。在第一預(yù)定義正電壓（U1）和第二預(yù)定義負(fù)電壓（U2）被交替地施加到被布置在稱量對(duì)象（2）附近的第一電極（12）上時(shí)，測(cè)量分別在第一電壓（U1）的施加期間和第二電壓（U2）的施加期間作用在測(cè)力單元（17）上的力，且該測(cè)量被記錄為第一測(cè)量結(jié)果（mb1、mc1）和第二測(cè)量結(jié)果（mb2、mc2）。第一測(cè)量結(jié)果（mb1、mc1）和第二測(cè)量結(jié)果（mb2、mc2）之間的差值（Δmb、Δmc）表示駐留在稱量對(duì)象（2）上的靜電荷（5）對(duì)稱量結(jié)果的影響的大小。第一測(cè)量結(jié)果（mb1、mc1）和第二測(cè)量結(jié)果（mb2、mc2）之間的差值（Δmb、Δmc）表示歸因于稱量對(duì)象（2）上的靜電荷（5）的力中引起稱量結(jié)果的變化的基本上成比例的部分，并作為信號(hào)發(fā)送給處理器單元。
【專利說明】靜電力的檢測(cè)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及評(píng)估天平的稱量結(jié)果被稱量對(duì)象的靜電荷影響的程度的方法。此外，本發(fā)明還涉及具有執(zhí)行該方法的能力的天平。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)必須以高精度對(duì)對(duì)象進(jìn)行稱量時(shí)，需要盡可能地使具有對(duì)稱量結(jié)果的影響的所有因素最小化。這包括，例如，空氣氣流(其大多數(shù)情況下可以通過氣流罩的方式來充分地減小，從而它們可以被忽略)，或者環(huán)境條件的波動(dòng)(包括溫度和濕度，其可通過例如將天平放置在氣候受控的環(huán)境中來消除)。
[0003]影響稱量結(jié)果的另一因素是稱量室中的靜電荷的存在，特別是在稱量對(duì)象附近的或直接在稱量對(duì)象上的靜電荷的存在，它們?cè)诋?dāng)不導(dǎo)電的或包含在非導(dǎo)電材料的容器中的樣品被稱量時(shí)特別顯現(xiàn)出來。在稱量任務(wù)包含小質(zhì)量差的確定的情況下，特別當(dāng)使用大的玻璃或聚合物容器時(shí)，靜電荷的影響存在大問題。在大多數(shù)情況下，由于負(fù)載接收器通常是由金屬制成，并且電荷可以通過到電接地的天平外殼的導(dǎo)電連接來排掉，因此構(gòu)成該稱量負(fù)荷的樣品和/或容器所被置于的負(fù)載接收器本身上沒有靜電荷的聚積。
[0004]在負(fù)載接收器之上的稱量負(fù)載上的靜電荷的聚積引起稱量負(fù)載和天平的接地部分的相應(yīng)靜電勢(shì)的差別。由于在靜電勢(shì)的這種差別，將存在作用在稱量負(fù)載和例如稱量室的地面之間的力。該力的垂直分量也將作用在稱量傳感器上(除了由稱量對(duì)象產(chǎn)生的重力之外)。因此，不正確的稱量結(jié)果將被生成并顯示。
[0005]例如，當(dāng)樣品在塑料容器中被稱量時(shí)，靜電荷可能導(dǎo)致2毫克的測(cè)量誤差。對(duì)于20毫克的樣品，測(cè)量誤差由此可高達(dá)樣品重量的10%。
[0006]其他天平部分(例如附加的氣流屏蔽或外殼的其他區(qū)域)在某種程度上由非導(dǎo)電材料組成，它們同樣可以聚積靜電荷，并通過所謂的力旁路(force bypass)造成稱量結(jié)果的誤差。
[0007]在EP 1106978 Al中描述了被設(shè)計(jì)用于稱量被靜電地充電的稱量對(duì)象的分析天平。擁有氣流屏蔽的該天平裝備有用于產(chǎn)生離子化空氣流的裝置。這個(gè)裝置包括被保持在相反極性的相應(yīng)電壓處的至少兩個(gè)針尖電極的空氣電離器，以及風(fēng)扇。該設(shè)備可以通過氣流屏蔽入口的關(guān)閉被激活，并在預(yù)設(shè)時(shí)間段過去之后可以被關(guān)閉。
[0008]該裝置在一方面具有風(fēng)扇可以在負(fù)載接收器的區(qū)域中產(chǎn)生不需要的空氣氣流的優(yōu)勢(shì)，并且在另一方面具有總是存在固定量的電離空氣分子可用于中和靜電荷而不管負(fù)載接收器上的對(duì)象中聚積的靜電荷的大小如何的優(yōu)勢(shì)。
[0009]在EP I 813 920 Al中公開了帶靜電荷傳感器的天平，用以檢測(cè)靜電荷的存在，并提供代表聚積電荷的量的信號(hào)。包括用于稱量對(duì)象的負(fù)載接收器和帶測(cè)量模塊的電子部件的天平配備有靜電傳感物，該靜電傳感器被布置為使得能夠檢測(cè)被放置或?qū)⒁环胖迷谪?fù)荷接收器上的對(duì)象的靜電荷。
[0010]盡管靜電荷的擴(kuò)散是連續(xù)的，但是它們不是均勻分布在空間中。它們的濃度和極性對(duì)于每種材料是不同的。這意味著，利用EP I 813 920 Al的裝置檢測(cè)的電荷主要在靜電傳感器附近。靜電傳感器的測(cè)量結(jié)果取決于傳感器在天平中的特定位置。因此用靜電傳感器來測(cè)量靜電荷而獲得的信息只具有有限的有效性。
[0011]作為另外的缺點(diǎn)，靜電傳感器與從它們起源的力的方向獨(dú)立地測(cè)量靜電荷的大小。在天平中，只有靜電引力的垂直分量對(duì)稱量結(jié)果有影響，并且垂直力在哪個(gè)方向上拉動(dòng)稱量對(duì)象(比如向上或向下)也是很關(guān)鍵的。因此，測(cè)量出現(xiàn)在靜電傳感器附近的總的靜電荷是不恰當(dāng)?shù)摹?br> [0012]此外，這種天平需要使用除了稱量單元之外附加的傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]因此，本發(fā)明的目的是提出一種方法和裝置，該方法和裝置使得評(píng)估稱量對(duì)象上存在的靜電荷對(duì)天平的稱量結(jié)果影響的程度成為可能。其目的是具有最小的附加電子電路的解決方案。
[0014]該任務(wù)是根據(jù)獨(dú)立方法權(quán)利要求的方法和根據(jù)主設(shè)備權(quán)利要求的設(shè)備特征完成的。
[0015]該天平配備有測(cè)力單元和被設(shè)計(jì)用來支撐待稱量的對(duì)象的負(fù)荷接收器。評(píng)估稱量對(duì)象上的靜電荷對(duì)天平的稱量結(jié)果的影響的方法包含以下步驟:
[0016]-當(dāng)?shù)谝活A(yù)定義的正電壓和第二預(yù)定義的負(fù)電壓被交替地施加到被布置在稱量對(duì)象附近的第一電極時(shí)；
[0017]-作用在測(cè)力單元上的力，在第一電壓的施加期間以及在第二電壓的施加期間分別被測(cè)量，并且測(cè)量結(jié)果被記錄為第一測(cè)量結(jié)果和第二測(cè)量結(jié)果；其中
[0018]-第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別表示駐留在稱量對(duì)象上的靜電荷對(duì)稱量結(jié)果的影響的大?。徊⑶?br> [0019]-第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別(其表示由稱量對(duì)象上的靜電荷所造成的力的主要成比例的部分，并引起稱量結(jié)果中的變化)，被作為輸入信號(hào)發(fā)送給處理器單元。
[0020]該方法通常用于在分析天平和微量天平。電極被布置在稱量對(duì)象的附近；其不與稱量對(duì)象接觸并且是天平的一部分。作為被施加到第一電極的預(yù)定義正電壓的結(jié)果，該電極會(huì)變成被充正電，并且因此，稱量對(duì)象和電極之間將建立電勢(shì)和電場(chǎng)的差別。作為電場(chǎng)的結(jié)果，力將作用在稱量對(duì)象與電極之間。關(guān)于稱量對(duì)象的電極的空間布置使得電場(chǎng)對(duì)稱量結(jié)果具有影響。
[0021]如果稱量對(duì)象帶有正電荷，則電極和稱量對(duì)象將因?yàn)樗鼈兙哂邢嗤臉O性而相互排斥。另一方面，如果稱量對(duì)象帶有負(fù)電荷，吸引力將作用在稱量對(duì)象和被充正電的電極之間。該力的垂直分量將其自己疊加在重力上，從而導(dǎo)致稱量結(jié)果的變化。
[0022]如果電極被布置在稱量對(duì)象下方并且稱量對(duì)象被該電極吸引，則靜電力就作為重力的附加而起作用。相反，如果電極被布置在稱量對(duì)象上面并在稱量對(duì)象上施加吸引力，則作用在測(cè)力單元上的合力代表重力和靜電力的絕對(duì)量之間的差別。
[0023]因此，可以根據(jù)所施加的電壓的極性、電極相對(duì)于稱量對(duì)象的位置以及稱量結(jié)果的變化的方向(正或負(fù))來確定稱量對(duì)象上的靜電荷的極性。
[0024]作用在測(cè)力單元上的力被測(cè)量并作為第一稱量結(jié)果被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。[0025]接著，第二預(yù)定義的負(fù)電壓被施加到電極上。由于電極上的靜電荷的極性變化，靜電力將作用在相反的方向上。如果正電壓在電極和稱量對(duì)象之間產(chǎn)生吸引力，電極上的負(fù)電壓將產(chǎn)生斥力，并且反之亦然。因此，稱量結(jié)果將更大或更小。
[0026]作用在測(cè)力單元上的力被測(cè)量并作為第二稱量結(jié)果被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0027]駐留在稱量對(duì)象上的靜電荷越大，則作用在稱量對(duì)象上的靜電力就越大，并且稱量結(jié)果就越偏離實(shí)際重量。
[0028]如果靜電荷存在于稱量對(duì)象上，則所施加的電壓越大，稱量結(jié)果的變化就越大。這意味著測(cè)量方法的靈敏度將增大?？梢岳酶鶕?jù)稱量對(duì)象、稱量對(duì)象的材料或稱量對(duì)象的大小來選擇的不同電壓水平來工作。已發(fā)現(xiàn)，從50到100伏的電壓提供了足夠高的靈敏度。
[0029]施加到電極上的電壓可以是固定的或可變的。例如，它可以被控制，以使得在第一脈沖時(shí)段期間，電壓上升到對(duì)重量測(cè)量的影響被檢測(cè)到的水平，并且在隨后的脈沖時(shí)段保持相同的電壓水平。為了第一和第二測(cè)量結(jié)果的差別是有意義的，第一和第二預(yù)定義的電壓必須在絕對(duì)大小上是相等的并且具有相反的極性。施加到電極的電壓可以例如具有對(duì)稱的矩形或正弦脈沖信號(hào)的形式。
[0030]隨著測(cè)力單元測(cè)量到重量變化，評(píng)估的靈敏度還取決于天平的分辨率。天平越敏感，當(dāng)電壓施加到電極時(shí)發(fā)生的重量變化的測(cè)量結(jié)果的精度就越高。
[0031]在接下來的步驟中，第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別被計(jì)算出并作為處理器單元的輸出被傳遞。
[0032]第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別表示稱量對(duì)象上的靜電荷對(duì)稱量結(jié)果的影響的大小。該差別基本上是與由靜電荷引起的力成比例，該力轉(zhuǎn)而引起稱量結(jié)果的變化。
[0033]因?yàn)樵谶@種方法中感興趣的不是絕對(duì)量而是稱量結(jié)果的變化，所以根據(jù)權(quán)利要求1的方法可以在樣品被放到天平上后(即在天平的初始瞬時(shí)振蕩期間)被立即執(zhí)行。這允許測(cè)量結(jié)果被較快地傳遞，而對(duì)用戶而言無需額外的等待時(shí)間。
[0034]優(yōu)選地在天平檢測(cè)出重量變化之后自動(dòng)地執(zhí)行該方法。因此，該方法是在帶有未知電荷的新稱量對(duì)象存在于負(fù)載接收器上的假設(shè)下開始的。
[0035]進(jìn)一步優(yōu)選的是，執(zhí)行該方法造成的重量變化不被顯示在天平的顯示器上，以便避免天平的用戶的混淆。
[0036]施加到電極上的電壓的頻率可以在一定范圍內(nèi)選擇。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，測(cè)力單元能夠充分跟隨具有2和10赫茲之間的頻率的重量變化。理想地，測(cè)力單元的傳輸功能非常快并且脈沖足夠長(zhǎng)使得測(cè)力單元恰好仍然能夠跟隨重量變化。典型地，重量測(cè)量與施加到電極的電壓同步。
[0037]對(duì)于當(dāng)該方法被執(zhí)行時(shí)測(cè)量信號(hào)的同時(shí)處理，優(yōu)先使用并行濾波器路徑來進(jìn)行信號(hào)處理，以便過濾掉用于電極的電壓供應(yīng)的頻率的信號(hào)。理想地，所謂的斬波技術(shù)被用于此目的，因?yàn)樗试S特別的抗干擾的測(cè)量。
[0038]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于以下事實(shí):它能夠用通常在天平中使用的電子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，除了電極的電壓供應(yīng)之外無需任何附加部件，且不使用額外的傳感器。這意味著不在現(xiàn)有的天平中引入額外的熱源。另外，通過添加用于確定靜電荷的影響的設(shè)備，僅將天平的制造成本增加到微不足道的程度。
[0039]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別的代數(shù)符號(hào)指示由稱量對(duì)象攜帶的靜電荷的極性。
[0040]在本發(fā)明的更進(jìn)一步發(fā)展的應(yīng)用中，處理器單元將至少一個(gè)輸出信號(hào)發(fā)送到指示器單元和/或電離器。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的另外優(yōu)選的方面，來自處理器的至少一個(gè)輸出信號(hào)包括極性和/或大小，其中，大小的值與第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別的量成比例。
[0042]在另外的實(shí)施例中，該至少一個(gè)處理器信號(hào)包含有關(guān)將被采取以排除掉電荷和/或屏蔽稱量對(duì)象的措施的信息。
[0043]在實(shí)現(xiàn)該創(chuàng)新方法的進(jìn)一步優(yōu)選的元素是通過應(yīng)用預(yù)定義的校正因子和所述第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別來校正稱量結(jié)果。
[0044]知道駐留稱量對(duì)象上的靜電荷的極性具有的優(yōu)點(diǎn)是，用戶可以采取針對(duì)性的措施，以除去靜電。例如，基于所指示的極性，用戶可以憑借電離器向稱量對(duì)象噴射具有相反極性的離子。電離器可以被布置在天平的內(nèi)部或外部。有利的是，電離器由處理器單元控制。
[0045]第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別的量可用于控制去離子化的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。可憑經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，基于第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別來決定去離子化的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的關(guān)系O
[0046]有利的是，稱量對(duì)象的位置、尺寸、材料和形態(tài)在測(cè)量序列的過程中保持恒定。這確保了稱量是在一致的測(cè)量條件下進(jìn)行。因此可以更精確地評(píng)估靜電荷的影響，并且測(cè)量誤差可通過經(jīng)驗(yàn)方法來補(bǔ)償。
[0047]優(yōu)選地，在正執(zhí)行該方法中的時(shí)間段期間，不顯示該指示器單元上的稱量結(jié)果。因此，用戶可以免于變化的指示的刺激。此外，最好是，只有在該方法已經(jīng)執(zhí)行之后，指示器才顯示稱量結(jié)果。
[0048]根據(jù)另外的實(shí)施例，將狀態(tài)信息用信號(hào)通知給用戶，其中，狀態(tài)信號(hào)表示該方法的當(dāng)前狀態(tài)，用來至少在“根據(jù)權(quán)利要求1的方法正在進(jìn)行中”的第一狀態(tài)和“根據(jù)權(quán)利要求1的方法已完成”的第二狀態(tài)之間區(qū)分。
[0049]這個(gè)功能提供的優(yōu)勢(shì)是:通知用戶關(guān)于天平的活動(dòng)和關(guān)于所顯示重量的有效性。因此，在根據(jù)權(quán)利要求1的方法正在實(shí)施時(shí)，用戶將不理會(huì)所顯示的稱量結(jié)果。當(dāng)所述方法已經(jīng)完成之后，用戶可以依靠狀態(tài)信號(hào)來繼續(xù)天平的正常操作或采取措施去除靜電荷。
[0050]具有參考意義，天平的固定元件被布置在稱量對(duì)象或負(fù)載接收器的附近，其中，所述固定兀件形成第一電極。固定兀件可以由例如稱量室的底板、氣流罩頂板或氣流罩的壁構(gòu)成。
[0051]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，天平具有第一電極和至少一第二電極，其中每個(gè)電極是平面狀的。
[0052]該方法的靈敏度將得到提高，尤其是如果第一電極被布置在稱量對(duì)象下方并且第二電極被布置在稱量對(duì)象上面并且兩個(gè)電極被充電有相反的電壓。
[0053]特別有利的是，將天平配置成使得第一或第二電極被布置在稱量對(duì)象和負(fù)載接收器的下面。以這種方式，因?yàn)榉Q量對(duì)象和電極之間的距離被最小化，力通常是最大的并且該測(cè)量方法的靈敏度將相應(yīng)地被最大化。
[0054]在優(yōu)選的實(shí)施例中，在稱量對(duì)象和負(fù)載接收器下方的電極具有負(fù)荷承載器在稱量室的底板上的垂直投影的輪廓形狀的切口。該切口的目的是將力測(cè)量盡可能地限制到存在于稱量對(duì)象上的靜電荷，并且避免在電接地的負(fù)荷接收器和電極之間建立靜電場(chǎng)，并且因此建立靜電力。
[0055]第一電極優(yōu)選地被布置為使得它與重力方向垂直地延伸，并且至少一個(gè)第二電極被布置為與重力的方向正交或在重力的方向上。
[0056]有利的是，天平具有稱量室底板和/或氣流罩頂板和/或氣流罩的壁，稱量室底板和/或氣流屏蔽頂板和/或氣流屏蔽的壁全部或部分被用作第一電極和/或至少一個(gè)第二電極。因此，該方法除了需要用于一個(gè)或多個(gè)電極的可控電壓源之外，不需要添加任何裝置特征。
[0057]在上文以及在權(quán)利要求中被命名的以及下面在實(shí)施例的示例中被描述的本發(fā)明需要的裝置部件不受到關(guān)于其大小、形狀、設(shè)計(jì)、材料和技術(shù)概念的任何特殊和例外的要求，因此可以根據(jù)在該應(yīng)用區(qū)域內(nèi)通常已知的選擇標(biāo)準(zhǔn)來自由指定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]本發(fā)明的主題的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)、特性特征和優(yōu)點(diǎn)可在從屬權(quán)利要求和附圖的以下描述中被發(fā)現(xiàn)，在附圖中呈現(xiàn)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作為例子，并且在附圖中
[0059]圖1表示帶有氣流屏蔽和被靜電充電的稱量對(duì)象的天平的側(cè)視圖；
[0060]圖2表示帶有布置在稱量室的底板上的電極的天平的示意性的簡(jiǎn)化側(cè)視圖；
[0061]圖3示出表示作為時(shí)間函數(shù)的施加到電極的電壓的曲線圖3A，以及表示當(dāng)對(duì)分別(3B)不攜帶靜電荷且未連接到地球地、(3C)帶有負(fù)電荷、(3D)帶有正電荷，以及(3E)連接到地球地的對(duì)象進(jìn)行稱量時(shí)獲得的測(cè)量結(jié)果的圖3B、3C、3D、3E ；
[0062]圖4表示帶有構(gòu)成第一電極的稱量室底板和構(gòu)成第二電極的稱量室頂板的天平的側(cè)視圖；
[0063]圖5表示具有構(gòu)成第一電極的分配頭的劑量分配裝置的側(cè)視圖；以及
[0064]圖6表示帶有過濾器和過濾器稱量室的天平的側(cè)視圖，其中過濾器稱量室的底部部分被用作第一電極，而過濾器稱量室的頂部部分被用作第二電極。
【具體實(shí)施方式】
[0065]圖1表示帶有氣流屏蔽8的天平I。稱量對(duì)象2停留在負(fù)載接收器6上。稱量對(duì)象2帶有正的靜電荷，這意味著稱量對(duì)象2的表面具有赤字(deficit)的電子。在稱量對(duì)象2的附近的部分，即負(fù)載接收器6、稱量室底板7、氣流屏蔽壁10以及氣流屏蔽頂板9因靜電感應(yīng)而在它們表面處被負(fù)極化。它們?cè)谄浔砻嫔暇哂杏嗟碾娮印?br> [0066]電子盈余和赤字是由非導(dǎo)電材料構(gòu)成的兩個(gè)對(duì)象的原子之間的電子交換的結(jié)果。電子交換通常由于兩個(gè)對(duì)象之間的摩擦接觸而發(fā)生。因此，當(dāng)稱量對(duì)象2或天平的一部分由人處理和/或利用未電接地的工具處理時(shí)，這將在稱量對(duì)象2上和/或天平中不與地球地連接的天平的部分上產(chǎn)生靜電荷3、5。電子交換的程度取決于材料以及它們?nèi)绾伪舜私佑|。
[0067]多余的電子被吸引以占據(jù)另一個(gè)原子中缺少電子的地方。這種吸引在稱量對(duì)象2上的電荷3、5和天平的部分上的電荷4、5之間形成靜電場(chǎng)。該靜電場(chǎng)具有以下力場(chǎng)Fe的性質(zhì):該力場(chǎng)Fe的垂直分量Fey將自身添加到稱量對(duì)象2的重力Fe，并因此對(duì)稱量結(jié)果具有影響。
[0068]圖2示出停留在負(fù)載接收器6上的稱量對(duì)象2。負(fù)載接收器6耦合到測(cè)力單元17。
[0069]稱量對(duì)象2帶有負(fù)靜電荷。負(fù)載接收器6接地。在非導(dǎo)電的稱量對(duì)象2的情況下，就不會(huì)發(fā)生經(jīng)由接地連接的放電。被充電的稱量對(duì)象2保持被充電。
[0070]電極12形成稱量室底板7。在圖中可以顯見電極12中帶有負(fù)載接收器6的垂直投影的輪廓形狀的切口。電極12連接到DC電壓源UA。當(dāng)正的DC電壓U1被施加到電極12時(shí)，正電荷3被使得流向電極12。被充負(fù)電的稱量對(duì)象2、被充正電的電極12以及它們之間的空氣擔(dān)當(dāng)電容器。靜電場(chǎng)引起稱量對(duì)象2和電極12之間的吸弓丨，其作為在電極12的方向上的力作用在稱量對(duì)象2上。測(cè)力單元17測(cè)量重力和靜電吸引的垂直分量的和。
[0071]圖3A用時(shí)間曲線圖的形式來示出如何通過將電壓U施加到電極12上來實(shí)施所要求保護(hù)的方法的例子。Utl為本創(chuàng)新方法被實(shí)施之前和之后的電極的電壓電平且總計(jì)為O伏。U1是正的DC電壓和U2是負(fù)的DC電壓。U1和U2具有相同的絕對(duì)值。電壓U作為時(shí)間的函數(shù)而變化，在時(shí)間h、tp t2、t3、t4和t5時(shí)具有特定值,如下所示:
[0072]在本創(chuàng)新方法開始前的h時(shí)間點(diǎn)，電極12連接到機(jī)架地，即U=U0=O伏。
[0073]在時(shí)間h，本創(chuàng)新方法被啟動(dòng)且施加到電極12上的電壓U被設(shè)置為第一預(yù)定義的正電壓U1的值。
[0074]在時(shí)間t2，施加到電極12的電壓U從第一預(yù)定義的正電壓U1的值改變?yōu)榈诙A(yù)定義的負(fù)電壓U2的值。
[0075]在時(shí)間t3，施加到電極12的電壓U從第二預(yù)定義的負(fù)電壓U2的值改變?yōu)榈谝活A(yù)定義的正電壓U1的值。
[0076]在時(shí)間t4，施加到電極12的電壓U再次從第一預(yù)定義的正電壓U1的值改變?yōu)榈诙A(yù)定義的負(fù)電壓U2的值。
[0077]在時(shí)間t5，本創(chuàng)新方法已經(jīng)完成，且施加到電極12的電壓U從第二預(yù)定義的負(fù)電壓U2的值改變?yōu)橹礥tl，其中U0=O伏。
[0078]圖3B、3C、3D和3E示出了當(dāng)在根據(jù)時(shí)間曲線圖3A將電壓U施加到電極12的情況下對(duì)不同的對(duì)象2進(jìn)行稱量時(shí)的相應(yīng)測(cè)量結(jié)果ma、mb、m。、md。在圖3B的情況下，稱量對(duì)象未攜帶靜電荷且未連接到地球地，在圖3C中稱量對(duì)象帶有負(fù)電荷，在圖3D中稱量對(duì)象帶有正電荷,而在圖3E中稱量對(duì)象被電連接到地球地。
[0079]在圖3B至3E中，ma(l、mM、m。。、md0是在執(zhí)行本創(chuàng)新方法之前和之后，即當(dāng)電壓U為電平U0時(shí)的測(cè)量結(jié)果的相應(yīng)值。值ma(l、mbl、mb2、mcl, mc2和mdl表示當(dāng)本發(fā)明方法正被執(zhí)行時(shí)的時(shí)間段期間的測(cè)量結(jié)果，其中mbl和Hica的是當(dāng)電壓U處于電平Ul時(shí)測(cè)量的值，而mb2和me2表示在電壓處于電平U2時(shí)測(cè)得的值。值A(chǔ)mb和Am。表示第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別，或分別表不HlbI和mb2之間以及mCl和mU之間的差別。
[0080]以下是在對(duì)應(yīng)全部五個(gè)圖來說共同的時(shí)間間隔的每個(gè)期間的時(shí)間曲線圖3A、3B、3C、3D和3E的描述，這些圖是根據(jù)圖2的布置，其中，電極12被布置在稱量對(duì)象2的下方。
[0081]時(shí)間間隔tQ-t1:
[0082]3A.電極12連接到機(jī)架地。
[0083]3B.稱量對(duì)象2不攜帶靜電荷，且未電連接到地。電極12接地，意味著既不存在靜電場(chǎng)，也不存在靜電力。測(cè)力單元17測(cè)量稱量對(duì)象2的真實(shí)質(zhì)量maQ。
[0084]3C.稱量對(duì)象2帶有負(fù)電荷，且電極12接地。被充負(fù)電的稱量對(duì)象被靜電引力拉向電極12。由測(cè)力單元17測(cè)得的結(jié)果mbQ表示稱量對(duì)象2的有效重量力與在朝向電極12的方向上拉動(dòng)稱量對(duì)象的力的垂直分量的總和。測(cè)量結(jié)果大于稱量對(duì)象2的有效重量力。
[0085]3D.稱量對(duì)象2帶正電荷且電極12接地。被充正電的稱量對(duì)象被靜電引力拉向電極12。由測(cè)力單元17測(cè)得的結(jié)果m。。表示稱量對(duì)象2的有效重量力與在朝向電極12的方向上拉動(dòng)稱量對(duì)象的力的垂直分量的總和。測(cè)量結(jié)果大于稱量對(duì)象2的有效重量力。
[0086]3E.稱量對(duì)象2和電極12電接地，這意味著既不存在靜電場(chǎng)，也不存在靜電力。測(cè)力單元17測(cè)量稱量對(duì)象2的真實(shí)質(zhì)量mdQ。
[0087]時(shí)間間隔tft2:
[0088]3A.正的DC電壓U1被施加到電極12。
[0089]3B.稱量對(duì)象2不攜帶靜電荷，且不電連接到地。電極12被充正電。在稱量對(duì)象和電極之間既不存在靜電場(chǎng)，也不存在靜電力。測(cè)力單元17測(cè)量稱量對(duì)象2的真實(shí)質(zhì)量
ma0°
[0090]3C.稱量對(duì)象2帶負(fù)電荷，且電極12被充正電。在時(shí)刻，稱量對(duì)象2的電勢(shì)和電極12之間的差別與時(shí)間間隔ItTt1相比已增大。這意味著，稱量對(duì)象2和電極12之間的吸引力比時(shí)間間隔ItTt1期間更高。測(cè)量結(jié)果mbl大于稱量對(duì)象2的有效質(zhì)量且比時(shí)間間隔t0-t!期間更大。
[0091]3D.稱量對(duì)象2以及電極12被充正電。因此，稱量對(duì)象2和電極12彼此排斥。測(cè)量結(jié)果Hlca比稱量對(duì)象2的有效重量力更小，且比時(shí)間間隔期間更小
[0092]3E.稱量對(duì)象2連接到地，電極12帶有正的靜電荷。電接地的稱量對(duì)象由于靜電感應(yīng)變得被充電，盡管它不攜帶它自己的電荷，并因此被靜電引力拉向被充電的電極12。測(cè)量結(jié)果mdl大于稱量對(duì)象2的有效質(zhì)量。
[0093]時(shí)間間隔七2_七3:
[0094]3A.負(fù)的DC電壓U2施加到電極12。因此，電極12被充負(fù)電。
[0095]3B.稱量對(duì)象2不攜帶靜電荷，且未電連接到地面。電極12被充負(fù)電。稱量對(duì)象和電極之間既不存在靜電場(chǎng)，也不存在靜電力。測(cè)力單元17測(cè)量稱量對(duì)象2的真實(shí)質(zhì)量
ma0°
[0096]3C.稱量對(duì)象2以及電極12被充負(fù)電。靜電力的方向發(fā)生了變化。稱量對(duì)象2和電極12彼此排斥。因此，測(cè)量結(jié)果mb2比稱量對(duì)象2的有效質(zhì)量小，且比時(shí)間間隔ItTt1期間的小。
[0097]3D.稱量對(duì)象2被充正電而電極12被充負(fù)電。在時(shí)刻t2，稱量對(duì)象2的電勢(shì)和電極12之間的差別與時(shí)間間隔^t1期間相比已增大。這意味著，稱量對(duì)象2和電極12之間的吸引力比時(shí)間間隔ItTt1期間的更大。測(cè)量結(jié)果mb2大于稱量對(duì)象2的有效質(zhì)量且比時(shí)間間隔tfti期間的大。
[0098]3E.稱量對(duì)象2連接到地，電極12帶負(fù)靜電荷。電接地的稱量對(duì)象通過靜電感應(yīng)而變得被充電，盡管它不攜帶它自己的電荷，并因此被靜電引力拉向被充電的電極12。如果電壓U1和U2具有相同的絕對(duì)值，測(cè)量結(jié)果mdl就保持與時(shí)間間隔t1-t2期間的相同。
[0099]在時(shí)間段t3_t4期間，發(fā)生與時(shí)間段trt2期間相同的事件。[0100]在時(shí)間段t4-t5期間，發(fā)生與時(shí)間段t2-t3期間相同的事件。
[0101]在圖3的例子中，本創(chuàng)新方法被執(zhí)行了兩個(gè)連續(xù)周期，但它也可以只被執(zhí)行一個(gè)周期或兩個(gè)以上的周期。
[0102]測(cè)量結(jié)果可能受外部干擾。通過反復(fù)執(zhí)行該方法和處理相應(yīng)測(cè)量結(jié)果，可以縮小測(cè)量結(jié)果的蔓延，并因此降低干擾可能影響靜電荷的影響的測(cè)量的程度。這種技術(shù)常被稱為術(shù)語“斬波穩(wěn)定(chopper stabilization)” 或“鎖定放大器(lock-1n amplifier)”。
[0103]在圖3的例子中，方法在時(shí)刻t5結(jié)束。隨后，情況與時(shí)間間隔^t1中的相同。
[0104]在執(zhí)行完本創(chuàng)新方法之后，測(cè)量結(jié)果可以憑借Amb和Am。的相應(yīng)值來校正。
[0105]圖4示出帶有停留在負(fù)載接收器6上的稱量對(duì)象2的天平。所示實(shí)施例具有兩個(gè)電極12、13。負(fù)載接收器6被電接地且被耦合到測(cè)力單元17。
[0106]第一電極12被布置在負(fù)載接收器6的下方，并具有負(fù)載接收器6的垂直投影的輪廓形狀的切口。該電極形成稱量室底板。電極12中的切口具有的目的是為減少電極和接地負(fù)載接收器6之間的不希望的靜電力。
[0107]可以想象，天平I可以配備有不由稱量室底板7構(gòu)成但被配置為天平I的附加部分的第一電極12。第一電極12可以是平的或具有一些其他形狀。它可以例如被配置為包圍稱量對(duì)象2的碗。它可以覆蓋稱量室底板的整個(gè)表面或僅一部分。切口可與負(fù)載接收器6的垂直投影的輪廓形狀精確匹配，也可以是更小或更大。可以將第一電極12配置成不具有切口。 [0108]第二電極13可以被布置在稱量對(duì)象2以上。它形成氣流屏蔽頂板9。
[0109]上部電極13可以是平的或具有一些其他形狀。它可以是天平I的一部分。它也可以被配置為被布置在稱量對(duì)象2上方的罩。
[0110]第一電極12被連接到第一 DC電壓源Ub,第二電極13被連接到第二 DC電壓源Uc。有利的是，施加于電極12和13上的相應(yīng)電壓具有相反的極性。
[0111]圖5示出以安置在天平I上的容器的形式的稱量對(duì)象2以及用于以物質(zhì)填充該容器的分配頭15。
[0112]被用于將受控量的對(duì)象分配到容器中劑量分配頭15被布置在稱量對(duì)象2的上方，并構(gòu)成電極12。它被連接到電壓源Ud。本實(shí)施例具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，由于劑量分配頭15與(稱量對(duì)象2的)容器開口的接近性，靜電力主要是集中在這個(gè)區(qū)域。
[0113]負(fù)載接收器6被設(shè)計(jì)為將稱量對(duì)象2接收在固定且可再現(xiàn)地定義的位置上。負(fù)載接收器6電接地。由于已定義的位置，可以在用關(guān)于靜電作用的影響的可比較的測(cè)量條件下執(zhí)行稱量。具有可重復(fù)的測(cè)量條件中的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以憑經(jīng)驗(yàn)來確定對(duì)由稱量對(duì)象2上的靜電荷5所引起的測(cè)量值的誤差的校正。
[0114]圖6示出帶有構(gòu)成稱量對(duì)象2的粒子過濾器和帶有過濾器稱量室16a、16b的天平
I。該過濾器停留在耦合到測(cè)力單元17的負(fù)載接收器6上。過濾器稱量室16a、16a由兩部分16a、16b，即頂部分16a和底部分16b組成。底部分形成第一電極12而頂部分形成第二電極13。兩個(gè)電極12、13被電流地(galvanically)隔離。第一電極12被布置在過濾器下方，并連接到第一 DC電壓源UE。第二電極13被布置在過濾器上方，并連接到第二 DC電壓源Upo
[0115]粒子過濾器是電的不良導(dǎo)體，并因此特別容易受到靜電荷影響。由于過濾器表面的水平位置，過濾器上的靜電荷5對(duì)稱量結(jié)果有顯著影響。過濾器上的電荷5在兩個(gè)相反方向上起作用。因此，有利的是利用分別覆蓋過濾器的底側(cè)和頂側(cè)的兩部分中的電極12、13來配置過濾器稱重室。利用該布置，靜電荷5對(duì)稱量結(jié)果的影響的主要部分變?yōu)榭蓽y(cè)量。
[0116]本發(fā)明在過濾器及其他平坦稱量對(duì)象的稱量中具有特別的優(yōu)勢(shì)。
[0117]附圖標(biāo)記列表
[0118]I 天平
[0119]2稱量對(duì)象
[0120]3 正極性的靜電荷
[0121]4 負(fù)極性的靜電荷
[0122]5 靜電荷
[0123]6負(fù)載接收器
[0124]7 稱量室的底板
[0125]8氣流屏蔽
[0126]9 氣流屏蔽的 頂板
[0127]10 氣流屏蔽的壁
[0128]11 圍繞稱量對(duì)象的天平部分
[0129]12 第一電極
[0130]13 第二電極
[0131]15 劑量分配頭
[0132]16, 過濾器稱量室(頂部分16a和底部分16b)
[0133]16a, 16b
[0134]17 測(cè)力單元
[0135]UA, Ub,第一可開關(guān)式DC電壓源
[0136]UD, Ue
[0137]Uc, Uf 第二可開關(guān)式DC電壓源
[0138]ma 不帶電荷且未電接地的稱重對(duì)象的測(cè)量結(jié)果
[0139]mb 被充正電的稱量對(duì)象的測(cè)量結(jié)果
[0140]mc 被充負(fù)電的稱量對(duì)象的測(cè)量結(jié)果
[0141]md 被電接地的稱量對(duì)象的測(cè)量結(jié)果
[0142]F 作用在測(cè)力單元上的力
[0143]U1 第一預(yù)定義的正電壓
[0144]U2 第二預(yù)定義的負(fù)電壓
[0145]ma0, mb0, 運(yùn)行本創(chuàng)新方法之前和之后的測(cè)量結(jié)果
[0146]mc0，md0
[0147]ma0, mdl 當(dāng)本創(chuàng)新方法被執(zhí)行時(shí)的時(shí)間間隔期間的測(cè)量結(jié)果
[0148]mbl, mcl 第一測(cè)量結(jié)果
[0149]mb2, mc2 第二測(cè)量結(jié)果
[0150]Amb, Amc第一和第二測(cè)量結(jié)果之間的差別
【權(quán)利要求】
1.一種評(píng)估稱量對(duì)象(2)上的靜電荷(5)對(duì)天平(I)的稱量結(jié)果的影響的方法，所述天平(I)包括測(cè)力單元(17)和負(fù)載接收器(6)，在所述負(fù)載接收器(6)上放置了待被稱量的所述對(duì)象(2)，其中，所述方法的特征在于: a)當(dāng)?shù)谝活A(yù)定的正電壓(U1)和第二預(yù)定的負(fù)電壓(U2)被交替地施加到被布置在所述稱量對(duì)象(2)附近的第一電極(12)時(shí)； b)測(cè)量分別在所述第一電壓(U1)的施加期間以及在所述第二電壓(U2)的施加期間作用在所述測(cè)力單元(17)上的力，并且所述測(cè)量被記錄為第一測(cè)量結(jié)果(mbl、mc;1)和第二測(cè)量結(jié)果(mb2、mc2);其中 c)所述第一測(cè)量結(jié)果(mbl、mel)和所述第二測(cè)量結(jié)果(mb2、me2)之間的差別(Amb、Amc)表示駐留在所述稱量對(duì)象(2)上的所述靜電荷(5)對(duì)所述稱量結(jié)果的影響的大?。徊⑶? d)表示歸因于所述稱量對(duì)象(2)上的靜電荷(5)的力的基本上成比例的部分并且引起所述稱量結(jié)果的變化的所述第一測(cè)量結(jié)果(mbl、mcl)和所述第二測(cè)量結(jié)果(mb2、mc2)之間的差別(Amb、Amc)被作為信號(hào)發(fā)送到處理器單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一測(cè)量結(jié)果(mbl、mcl)和所述第二測(cè)量結(jié)果(mb2、me2)之間的差別(Amb、Am。)的代數(shù)符號(hào)表示由所述稱量對(duì)象(2)攜帶的所述靜電荷(5)的極性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述處理器單元將至少一個(gè)輸出信號(hào)發(fā)送到指示器單元和/或電離器 。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，來自所述處理器的所述至少一個(gè)輸出信號(hào)包括極性值和/或絕對(duì)幅度的值，其中，所述大小的值與所述第一測(cè)量結(jié)果(mbl、mc;1)和所述第二測(cè)量結(jié)果(mb2、mc;2)之間的差別(Amb、Amc)的量成比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)處理器信號(hào)包含與將被采取的用以消除掉電荷和/或屏蔽所述稱量對(duì)象(2)的措施有關(guān)的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用預(yù)定的校正因子和所述第一測(cè)量結(jié)果(mbl、mcl)與所述第二測(cè)量結(jié)果(mb2、mc2)之間的差別(Δπ?、Amc)來校正所述稱量結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述稱量對(duì)象(2)的位置、尺寸、材料和形態(tài)在測(cè)量序列的過程中被保持恒定。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)正在執(zhí)行所述方法時(shí)的時(shí)間段期間，不將所述稱量結(jié)果顯示在所述指示器單元上，并且當(dāng)所述方法已被執(zhí)行后，將所述稱量結(jié)果顯示在所述指示器單元上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，傳遞狀態(tài)信號(hào)，其中，所述狀態(tài)信號(hào)指示所述方法的當(dāng)前狀態(tài)，至少將“根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法正在進(jìn)行”的第一狀態(tài)與“根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法已完成”的第二狀態(tài)區(qū)分開來。
10.用于執(zhí)行權(quán)利要求1所述的方法的裝置，其特征在于，天平(I)的固定元件被布置在稱量對(duì)象(2)和負(fù)載接收器(6)附近，其中，所述固定元件形成第一電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括第一電極(12)和至少一個(gè)第二電極(13)，其中，所述電極(12、13)中的每一個(gè)電極具有基本上平坦的、平面形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于:所述第一電極(12)或所述第二電極(13)被布置在所述稱量對(duì)象(2)和所述負(fù)載接收器(6)的下方。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述稱量對(duì)象(2)和所述負(fù)載接收器(6)下方的所述電極(12、13)具有所述負(fù)載接收器(6)在稱量室底板(7)上的垂直投影的輪廓形狀的切口。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中的一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一電極(12)基本上被定向成正交于重力的方向，而所述第二電極(13 )基本上被定向成正交于重力的方向或被定向成重力的方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中的一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述天平(I)具有稱量室底板(7)和/或氣流屏蔽頂板(9)和/或氣流屏蔽壁(10)，并且所述稱量室底板(7)、和/或所述氣流屏蔽頂板(9)和/或所述氣流屏蔽壁(10)能夠被全部或部分地用作所述第一電極和/或所述第二電極(12、13)。
【文檔編號(hào)】G01G23/00GK103940500SQ201410027768
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月22日
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