ОБЪЕМНЫЙ ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ Российский патент 2006 года по МПК G01F13/00 

Область техники

Изобретение относится к области порционного дозирования жидких сред, например объемными дозаторами, и может применяться в различных отраслях техники.

Уровень техники

Известны объемные дозаторы жидкости, например по AC 1118862, AC 1337670, патенту РФ 2054631, содержащие мерный сосуд и дополнительные элементы (мембраны, сильфоны, поплавки, воздушные трубки и пр.), обеспечивающие повышение точности дозирования. В заявке на патент 99124335/20(025757) (прототип) предложен дозатор, снабженный дополнительно двойным сильфоном, связанным с воздушной трубкой, причем внутренняя полость сильфонов сообщена с атмосферой, что позволяет учесть изменения атмосферного давления. Недостатки этого устройства: 1) необходимость обеспечить герметичное соединение воздушной трубки с мембраной и с сильфоном при одновременном условии их взаимного перемещения; 2) прогрессирующее ухудшение точности дозирования ввиду изменения упругости мембраны; 3) погрешность дозирования, вызванная изменением буферной емкости воздуха в дозаторе при изменении величины дозы.

Сущность изобретения

Предлагаемое устройство лишено описанных недостатков, имеет более высокую надежность и точность дозирования. Это достигается введением дополнительных элементов: воздушного колокола и передвижного упора в мерной емкости, датчика давления жидкости на входе в дозатор и датчика атмосферного давления, а также выполнением управляющего устройства с возможностью вычислительных операций, учитывающих влияние перечисленных параметров на точность дозирования. При этом наличие воздушного колокола и упора обеспечивает исключение погрешности дозирования за счет изменения буферного объема воздуха.

Предлагаемое устройство показано на чертеже и содержит мерную емкость 1 с расположенным на ее внутренней поверхности упором 2 со шкалой 3, воздушный колокол 4 с расположенными на нем мембраной 5, воздушной трубкой 6 и датчиком взаимного перемещения колокола и трубки 7, датчик атмосферного давления 8, датчик давления жидкости на входе в дозатор 9, управляющее устройство с вычислительными функциями (ВУУ) 10, запорно-исполнительные органы 11 и 12 на линиях подачи жидкости и выдачи дозы. При этом воздушный колокол расположен дном вверх внутри мерной емкости с возможностью перемещения в ней от днища мерной емкости до упора, воздушная трубка неподвижно закреплена в мембране, а датчики взаимного перемещения, атмосферного давления и давления жидкости на входе в дозатор сообщены с ВУУ, а последний - с исполнительными органами.

Работа устройства

В исходном положении емкость 1 пуста, воздушный колокол 4 находится в емкости 1 и лежит на ее дне. Исполнительный орган 11 закрыт, а орган 12 открыт. По команде ВУУ орган 11 открывается, а орган 12 закрывается, жидкость начинает поступать в емкость 1 из источника жидкости (расходная емкость, насос и пр.). Жидкость поступает в открытый нижний торец колокола 4, вытесняя воздух из него через трубку 6. Как только уровень жидкости в емкости 1 и колоколе 4 поднимется до нижнего края трубки 6, выход воздуха из колокола 4 прекращается, и имеющийся в колоколе 4 воздух поднимает его синхронно с подъемом уровня жидкости в емкости 1. Когда верхний край колокола 4 достигнет упора 2, колокол останавливается, уровень жидкости в нем поднимается, находящийся в нем воздух сжимается, его давление возрастает, и мембрана 5 вместе с трубкой 6 перемещается кверху. При этом срабатывает датчик взаимного перемещения 7, сигнал от него поступает в ВУУ 10, последнее срабатывает, закрывая орган 11 и открывая орган 12. Набор дозы прекращается, а набранная в емкости 1 доза выдается из дозатора, например, в тару. При этом в ВУУ постоянно поступают сигналы от датчика атмосферного давления 8 и датчика давления жидкости на входе в дозатор 9. ВУУ 10 обрабатывает все поступающие в него сигналы, вырабатывая управляющий сигнал для прекращения набора дозы по нижеописанному алгоритму.

Рассмотрим условия измерения дозы в емкости 1 и колоколе 4. Перед началом набора дозы в колоколе имеется атмосферное давление Р₀, а объем воздуха в колоколе на момент подъема уровня жидкости до нижнего края трубки 6 обозначим как V₀. Далее колокол поднимается, пока не остановится упором 2. Далее уровень жидкости в колоколе незначительно поднимается, объем воздуха в колоколе уменьшается до величины V, а его давление достигает величины Р. При площади мембраны 5f на нее воздействует снизу сила F=Р·f, и когда она достигает величины силы тяжести подвижных частей (мембраны и воздушной трубки), то в этот момент мембрана поднимается и датчик 7 срабатывает, доза отсекается. Пусть необходимо отмерить объем жидкости V_зад, для этого упор 2 устанавливают так, чтобы объем жидкости в емкости 1 (от днища до нижнего края трубки 6) был равен заданному, т.е. каждому V_зад соответствует свой . Далее начинается сжатие воздуха в колоколе 4, причем выполняется (в изобарических условиях) соотношение Р·V=Р₀·V₀. Таким образом, срабатывание датчика 7 происходит в момент, когда V=P₀V₀/P, т.е. образуется статическая погрешность дозирования ΔV=V₀-V=V₀(1-Р₀/Р)=V₀(1-Р₀f/F), зависящая от Р₀, V₀, т.е. величин переменных. Величина V₀ (буферный объем воздуха) в устройстве - прототипе определяется заданной величиной дозы и в каждом случае дозирования случайна. В предложенном устройстве величина буферной емкости постоянна (равна объему колокола от нижнего края воздушной трубки до днища колокола), а погрешность дозирования за счет изменения V₀ и P₀ учитывается в ВУУ 10 по алгоритму, приведенному выше, что позволяет рассчитать необходимую величину положения упора 2.

Кроме того, известно, что изменения давления жидкости на входе в дозатор также вызывают погрешность дозирования (см., например, устройство по АС 1118862), поэтому данная величина также измеряется датчиком 9 и подается в ВУУ 10.

Преимущества предложенного устройства определяются тем, что: 1) в предложенном устройстве компенсирована статическая погрешность дозирования, вызванная переменными величинами буферной емкости воздуха, атмосферного давления и давления жидкости на входе в дозатор, вследствие чего точность дозирования повышается; 2) кроме того, в предложенном устройстве исключены жесткие, но с возможностью перемещения соединения мембраны с воздушной трубкой и сильфоном, что повышает надежность; 3) кроме того, мембрана в предлагаемом устройстве имеет значительно меньшую площадь, а воздушная трубка - длину, что уменьшает вес подвижных частей мембранного блока, постоянную нагрузку на мембрану, что повышает надежность всего устройства.

Изобретение относится к области объемного дозирования жидкости и может применяться в различных отраслях техники, в т.ч. при розливе пищевых продуктов, расфасовке жидких медикаментов, товаров бытовой химии, парфюмерии и пр. Изобретение направлено на повышение точности и надежности дозирования. Этот результат обеспечивается за счет того, что объемный дозатор жидкости содержит мерную емкость, упор, воздушный колокол, мембрану, воздушную трубку, датчик взаимного перемещения колокола и воздушной трубки, датчик атмосферного давления, датчик давления жидкости на входе в дозатор, вычислительно-управляющее устройство и исполнительные механизмы на линиях подачи жидкости в дозатор и отбора дозы. Причем воздушный колокол расположен днищем вверх внутри мерной емкости и может перемещаться в ней от дна емкости до упора, упор расположен на внутренней поверхности емкости с возможностью его перемещения, мембрана расположена в днище воздушного колокола и жестко сообщена с воздушной трубкой, которая связана с датчиком взаимного перемещения, расположенным на внешней поверхности днища воздушного колокола, а датчик взаимного перемещения, датчик атмосферного давления, датчик давления жидкости на входе в дозатор связаны с вычислительно-управляющим устройством, а последнее - с исполнительными механизмами на линиях подачи жидкости в дозатор и отбора дозы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Объемный дозатор жидкости, содержащий мерную емкость, мембрану, воздушную трубку, исполнительные механизмы подачи жидкости в мерную емкость и отбора дозы и управляющее устройство, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно воздушным колоколом, упором, датчиком взаимного перемещения колокола и воздушной трубки, датчиком атмосферного давления и датчиком давления жидкости на входе в дозатор, причем воздушный колокол расположен днищем кверху в мерной емкости между дном мерной емкости и упором, упор размещен на внутренней поверхности мерной емкости, датчик взаимного перемещения расположен на внешней поверхности днища воздушного колокола и сообщен с воздушной трубкой, мембрана жестко соединена с днищем воздушного колокола и с воздушной трубкой, управляющее устройство связано с датчиком взаимного перемещения, датчиком атмосферного давления, датчиком давления жидкости на входе в дозатор и с исполнительными механизмами на линиях подачи жидкости в дозатор и отбора дозы.2. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что упор, размещенный на внутренней поверхности мерной емкости, выполнен с возможностью его перемещения вдоль вертикальной стенки мерной емкости.3. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что воздушный колокол выполнен c возможностью его перемещения внутри мерной емкости от днища последней до упора.4. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что управляющее устройство выполнено с возможностью обработки сигналов от датчика атмосферного давления и датчика давления жидкости на входе в дозатор и вычисления статической погрешности дозирования, например, по формуле ΔV=V₀(1-fP₀/F), где Р₀, V₀ - атмосферное давление и исходный объем воздуха в колоколе, f и F соответственно площадь мембраны и сила, действующая на мембрану.