ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЙ ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ Российский патент 1994 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для объемного измерения и дозирования жидкостей, и может быть использовано в химической и других отраслях народного хозяйства, где требуется точное микродозирование жидких сред.

Известен перистальтический дозатор жидкости, содержащий сердечник с наклонными канавками, каждая из которых сообщена на входе с емкостью для хранения дозируемой жидкости, а на выходе с потребителем, закрывающую канавки эластичную пластинчатую диафрагму с пружинным зажимом, взаимодействующие с ней и расположенные вдоль канавок гибкие нажимные элементы и ролики-вытеснители, размещенные на осях каретки, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль линии качения роликов, причем ролики-вытеснители установлены на осях каретки с возможностью перемещения вдоль оси и фиксации в промежуточных положениях, а эластичная пластинчатая диафрагма установлена на сердечнике с канавками с образованием между ними рабочей камеры дозируемой жидкости.

Это известное техническое решение имеет следующие недостатки: узкий диапазон регулирования дозы, обусловленный невозможностью плавного фиксирования роликов-вытеснителей и конструкцией устройства; невозможность автоматического регулирования объема дозирования и времени выдачи дозы.

Наиболее близким известным техническим решением является, выбранный в качестве прототипа дозатор, который содержит рабочую камеру дозируемой жидкости в виде эластичной трубы, вытеснитель в виде встроенных в стенки трубы пережимных элементов, выполненных в форме внутренних кольцевых полостей с ниппелями, последовательно расположенных вокруг центрального канала трубы и снабженных напорными трубопроводами, подключенными к устройству управления в виде вращаемого приводом распределителя [2] .

Однако, известный дозатор имеет недостаток, заключающийся в невозможности регулирования дозы и времени ее выдачи, что обусловлено конструкцией рабочей камеры, вытеснителя и устройства управления, в частности самого распределителя.

Цель изобретения - увеличение диапазона регулирования дозы путем выполнения вытеснителя магнитоуправляемым на основе магнитной жидкости.

Это достигается тем, что в перистальтическом дозаторе жидкости, содержащем рабочую камеру с входным и выходным патрубками, вытеснитель с приводом и устройство управления, рабочая камера выполнена в виде немагнитного жесткого полуцилиндрического желоба, закрытого эластичной диафрагмой, вытеснитель выполнен в виде эластичной емкости с эллиптическим поперечным сечением, заполненной магнитной жидкостью, привод выполнен в виде электромагнитов, расположенных попарно по длине вытеснителя с его противоположных сторон, сердечники соответствующих электромагнитов последовательно соединены боковыми торцами друг с другом, а рабочая камера установлена с возможностью взаимодействия эластичной диафрагмы с вытеснителем, а каждый электромагнит соединен с устройством управления.

Для надежного вытеснения дозируемой жидкости объем магнитной жидкости в эластичной емкости больше объема рабочей камеры не менее чем в два раза, а большая ось эллиптического поперечного сечения эластичной емкости перпендикулярна осям сердечников.

Для обеспечения регулировки дозы электромагниты выполнены с дополнительными катушками подмагничивания, каждая из которых соединена с устройством управления.

На фиг. 1 представлено продольное сечение перистальтического дозатора; на фиг. 2 - поперечное сечение элемента дозатора в момент отсутствия управляемого магнитного поля; на фиг. 3 - то же, в момент воздействия управляющего магнитного поля.

Перистальтический дозатор содержит расходную емкость 1 с дозируемой жидкостью 2, шланг 3, входной патрубок 4, рабочую камеру 5, закрытую эластичной пластинчатой диафрагмой 6, выходной патрубок 7, вытеснитель 8 в виде эластичной емкости с эллиптическим поперечным сечением, заполненной магнитной жидкостью 9, семь электромагнитов 10 с управляющими катушками 11 и катушками 12 подмагничивания, блок 13 управления.

Расходная емкость 1 соединяется шлангом 3 через входной патрубок 4 с рабочей камерой 5. Рабочая камера 5 расположена эластичной частью на вытеснителе 8 и вместе с ним установлена в зазоре электромагнитов 10, которые установлены последовательно по длине вытеснителя 8.

Каждая управляющая катушка 11 соединена с выходами блока 13, а катушки 12 соединены между собой последовательно и также подключены к блоку 13.

Блок 13 содержит стабилизированный блок питания, включающий силовой трансформатор с выходными номиналами переменных напряжении 9, 20 и 24 В, три выпрямительных моста, стабилизатор напряжения 5 В на микросхеме серии К142 для питания генератора и элементов коммутации его выходов, регулируемый стабилизатор выходного напряжения с измерительным контрольным прибором в качестве элемента регулирования тока в катушках 12 также на базе микросхемы серии К142, стабилизатор выходного напряжения на базе микросхемы К142ЕН2 в качестве схемы управления и мощного триода типа КТ816 в качестве регулирующего элемента для питания выходных элементов, работающих на катушки 11 электромагнитов 10. Кроме этого, блок 13 содержит генератор бегущих импульсов с регулируемой частотой следования, включающий сдвиговый регистр с параллельным выходом и регулируемый по частоте генератор импульсов, который связан со сдвиговым регистром. Регистр и генератор собраны на микросхемах серии К155.

Блок 13 управления содержит также выходные элементы для подачи управляющих импульсов на катушки 11 и элементы коммутации выходов генератора бегущих импульсов в виде обычных усилителей мощности на транзисторах типа КТ814 в ключевом режиме и последовательно соединенных элементов И и ИЛИ на микросхемах серии К155, установленных между каждым параллельным выходом генератора и входом выходного элемента, а вторые входы этих элементов соединены с элементами управления на панели блока 13 управления.

В качестве элементов коммутации катушек 11 и 12 с блоком 13 управления использовались обычные кабельные соединения.

Желоб рабочей камеры 5 изготовлен из стеклопластика типа ДСВ-К-1 с размерами, мм: длина 150, радиус 10, толщина 0,5.

Эластичная пластинчатая диафрагма 6 и вытеснитель 8 выполнены из износостойкой резины типа СКУ-8, которая имеет относительное удлинение не менее 400% , предел прочности не ниже 40 МПа, высокую маслобензостойкость и широкий диапазон рабочих температур. Эластичная диафрагма 6 имеет толщину 0,5 мм и герметически соединена с полуцилиндрическим желобом, образуя рабочую камеру 5. Вытеснитель выполнен длиной 170 мм, размер большой полуоси эллипса 18 мм, малой полуоси 5 мм, толщина стенки 0,5 мм.

Так как при срабатывании всех электромагнитов 10 магнитная жидкость 9 полностью занимает объем рабочей камеры 5, то для надежной работы вытеснителя объем магнитной жидкости 9 должен быть больше объема рабочей камеры 5 минимум в два раза. В предлагаемом случае объем рабочей камеры 5 равен 23 см³, а объем магнитной жидкости в вытеснителе 8-48 см³, что обеспечивает надежную работу вытеснителя 8 в предлагаемом дозаторе.

В качестве магнитной жидкости 9 использовалась магнитная жидкость на основе трансформаторного масла с частицами магнетита, стабилизированными олеиновой кислотой, которая имеет намагниченность насыщения 50 кА/м.

В качестве сердечников электромагнитов 10 использовались Ш-образные сердечники, соединенные в торец с образованием замкнутой системы магнитопровода с зазором в центральном сердечнике для размещения в нем рабочей камеры 5 и вытеснителя 8. Центральный сердечник верхней части магнитопровода электромагнита 10 снабжен съемным полюсным наконечником по профилю рабочей камеры 5, а нижней части полюсным наконечником по профилю вытеснителя 8. Сердечники и полюсные наконечники изготовлены из магнитомягкого сплава 50НХС. Ширина центрального сердечника 20 мм, толщина набора 10 мм, размеры полюсных наконечников 20х20 мм, высота наконечника в центральной части 3 мм, высота зазора по центру равна 20 мм, но так как высота вытеснителя 8, заполненного магнитной жидкостью 9, равна 10 мм, то реальная длина воздушного зазора в системе равна 10 мм, а длина магнитопровода по средней линии одной симметричной магнитной цепи равна 160 мм.

Управляющая катушка 11 установлена на центральном сердечнике электромагнита 10 над зазором, а катушка 12 подмагничивания установлена под зазором. Обе катушки содержат по 1500 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм. Ток управляющей катушки 1 установлен равным 0,08 А, а ток катушек 12 изменяется в пределах 0-0,5 А. Направление тока в катушках 11 и 12 установлено таким, что магнитный поток в центральном сердечнике электромагнита 10 проходит через зазор снизу вверх.

Высота подъема магнитной жидкости 9 в вытеснителе 8 при воздействии управляющего магнитного поля, создаваемого, например, током 0,1 А, предварительно рассчитывается по известному выражению. Расчетная высота подъема магнитной жидкости равна 15 мм. Практически такой подъем магнитной жидкости 9 в вытеснителе 8 обеспечивается при токе в катушке 11, равном 0,08 А.

Предлагаемый дозатор работает следующим образом.

Коммутационные элементы блока 13 управления в начале каждого цикла дозирования подают питание на управляющую катушку 11 последнего - седьмого электромагнита 10, в результате чего магнитная жидкость 9 вытеснителя 8, находящаяся в зазоре этого электромагнита, под действием магнитного поля, направленного снизу вверх, поднимается и надежно перекрывает выход рабочей камеры 5. Дозируемая жидкость 2 из расходной емкости 1 заполняет рабочую камеру 5. После этого коммутационные элементы блока 13 подают питание на управляющую катушку 11 первого электромагнита 10 и поднявшаяся магнитная жидкость 9 надежно закрывает вход рабочей камеры 5. Таким образом, в рабочей камере 5 формируется максимальная доза жидкости, которая равна 20 см³. Для вытеснения сформированной дозы с блока 13 управления снимается питание с катушки 11 управления седьмого электромагнита 10 и от генератора бегущих импульсов последовательно запитываются катушки 11 управления электромагнитов 10 от второго по шестой включительно, что приводит к вытеснению сформированной дозы через открытый выходной патрубок 6 потребителю. Затем снова подается питание на седьмой электромагнит 10 и снимается питание с первого электромагнита 10, т. е. дозатор готов совершить следующий цикл дозирования.

Выдаваемая доза жидкости может регулироваться дискретно от 20 до 4 см³ путем передачи блоком 13 управления функции закрывания входа рабочей камеры 5 второму, третьему, четвертому или пятому электромагниту 10.

Плавное регулирование выдаваемой дозы жидкости в предлагаемом дозаторе осуществляется подачей с блока 13 управления питания на катушки 12 подмагничивания путем уменьшения объема рабочей камеры 5 подъемом магнитной жидкости 9 вытеснителя 8. Например, изменяя ток подмагничивания от 0 до 0,05 А, плавно регулируют дозу, вытесняемую дозатором, от 20 до 0,1 см³, т. е. диапазон регулирования дозы равен 200.

Изменяя частоту генератора бегущих импульсов в блоке 13 управления можно изменять время вытеснения дозы от 6 с до 18 мс.

Так как погрешность измерения дозы в основном определяется точностью выставляемых токов, которая в современных устройствах не хуже 0,01% , то точность предлагаемого дозатора выше чем у известных более чем на два порядка.

Кроме этого, предлагаемый дозатор позволяет в отличии от известных осуществлять свои функции и в автоматических системах регулирования дозы.

Это позволяет сделать вывод не только о достижении цели изобретения с большим эффектом, но и получении дополнительных положительных свойств. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1038809, кл. G 01 F 13/00, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР N 191480, кл. G 01 F 13/00, 1966.

Использование: в измерительной технике для объемного измерения и дозирования. Сущность изобретения: рабочая камера выполнена в виде жесткого полуцилиндрического желоба, а вытеснитель - в виде магнитоуправляемого закрытого отрезка эластичного шланга с эллиптическим поперечным сечением, заполненного магнитной жидкостью. Магнитная жидкость под действием магнитного поля перекрывает проходное сечение рабочей камеры, то вытесняя набранную дозу, то набирая ее. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЙ ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ, содержащий рабочую камеру с входным и выходным патрубками, вытеснитель с приводом и устройство управления, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования дозы, рабочая камера выполнена в виде немагнитного жесткого полуцилиндрического желоба, закрытого эластичной диафрагмой, вытеснитель - в виде эластичной емкости с эллиптическим поперечным сечением, заполненной магнитной жидкостью, привод - в виде электромагнитов, расположенных попарно по длине вытеснителя с его противоположных сторон, сердечники соответствующих электромагнитов последовательно соединены боковыми торцами друг с другом, рабочая камера установлена с возможностью взаимодействия эластичной диафрагмы с вытеснителем, а каждый электромагнит соединен с устройством управления. 2. Дозатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью надежного вытеснения дозируемой жидкости, объем магнитной жидкости в эластичной емкости больше объема рабочей камеры не менее чем в два раза, а большая ось эллиптического поперечного сечения эластичной емкости перпендикулярна осям сердечников. 3. Дозатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения регулировки дозы, электромагниты выполнены с дополнительными катушками подмагничивания, каждая из которых соединена с устройством управления.