Лабораторная вакуумная установка Российский патент 2024 года по МПК G01L23/32 G05D16/02 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для проведения экспериментальных исследований и может быть использовано при исследовании воздействия на лабораторных животных постоянного и переменного давления, изменяющегося во времени по заданному закону.

Известна установка для задания давления в контролируемом объеме [1]. Конструктивно известная установка для задания давления в контролируемом объеме содержит последовательно соединенные входной вентиль, схему регулирования, включающую последовательно соединенные входную группу клапанов, предварительную емкость, группу перепускных клапанов и рабочую емкость, выходной вентиль, а также систему управления. Входная группа клапанов содержит соединенные звездой впускной клапан, подключенный к источнику высокого давления, выпускной клапан, подключенный к источнику низкого давления или сообщающийся с атмосферой, и отсечной клапан, соединенный с предварительной емкостью, снабженной датчиком давления. Предварительная емкость соединена через последовательно соединенные перепускные клапаны и с рабочей емкостью, снабженной датчиком давления. Рабочая емкость через выходной вентиль соединена с контролируемым объемом. Известная установка включает также трубопроводную магистраль и систему управления, связанную со всеми клапанами и датчиками давления.

В рабочей емкости поддерживается целевое давление, контролируемое прецизионным датчиком давления. Управление давлением в рабочей емкости осуществляется с помощью группы перепускных клапанов, которая состоит из двух клапанов. При этом клапаны в группе могут открываться одновременно при необходимости больших изменений давления в рабочей емкости или с перекрытием по времени, если требуется малое изменение давления в рабочей емкости и необходимое эффективное время открытого состояния клапанов меньше, чем фактическое время их срабатывания. При этом минимальное изменение давления в рабочей емкости при определенном перепаде давления на группе ограничивается "мертвым" объемом соединений между клапанами, следовательно, этот объем должен быть минимальным.

Целевое давление в предварительной емкости определяется из необходимого перепада давлений на группе перепускных клапанов, целевого и текущего давления в рабочей емкости. Управление давлением в предварительной емкости осуществляется входной группой клапанов, состоящей из впускного, выпускного и отсечного клапанов. При этом два клапана (впускной и отсечной или выпускной и отсечной) в этой группе открываются либо одновременно, если необходимы большие изменения давления в предварительной емкости, или с перекрытием по времени, если требуется малое изменение давления в предварительной емкости и необходимое эффективное время открытого состояния клапанов меньше, чем фактическое время их срабатывания. При необходимости увеличения давления в предварительной емкости работают впускной и отсечной клапаны, при необходимости уменьшения - выпускной и отсечной клапаны. Управление клапанами, измерение давления и вычисление необходимых времен открытия клапанов осуществляет система управления. От источников входного давления устройство может отсекаться с помощью входного вентиля, а от контролируемого объема - выходным вентилем.

Недостатком известной установки является наличие одной предварительной емкости, что не позволяет разделить направления напуска и сброса воздуха из контролируемого объема. Это существенно замедляет скорость задания давления в контролируемом объеме и затрудняет формирование переменного давления с заданными параметрами.

Известно устройство для задания переменного (пульсирующего) давления в рабочем объеме [2], которое наиболее близко к заявляемой установке по технической сущности и выбрано в качестве прототипа.

Устройство содержит источники высокого и низкого давления, выходы которых через регулируемые вентили соединены соответственно с первым и вторым входами роторного вентиля, выходы которого соединены с первым и вторым входом рабочего объема. К выходу рабочего объема подключен контрольный датчик давления. При этом роторный вентиль может иметь два или больше каналов передачи давления, расположенных в одной или нескольких плоскостях (сечениях). Диаметр D ротора вентиля определяется количеством п каналов и диаметром d каналов, в частности, по формуле: D=d/sin(360°/8n). Частота вращения ротора может меняться с помощью привода.

Устройство работает следующим образом. При вращении ротора роторного вентиля каналы передачи давления через регулируемые вентили поочередно соединяют входы рабочего объема с источниками высокого или низкого давления. При этом скорость изменения давления в рабочем объеме определяется угловой скоростью вращения ротора роторного вентиля и коэффициентом пропускной способности регулируемых вентилей, что позволяет регулировкой коэффициента расхода вентилей в соответствии с установленной скоростью вращения ротора формировать в рабочем объеме давление заданной формы и частоты. При этом каждая пара каналов передачи давления за один оборот ротора формирует два периода колебания давления.

Недостатком известного устройства является следующее.

Отсутствие возможности воспроизведения в рабочем объеме известного устройства постоянного давления и задаваемых изменений давлений во времени по заранее установленному закону (отдельно фаз сжатия - давление выше атмосферного, отдельно фаз разрежения - давление ниже атмосферного). Отсутствие возможности формирования в рабочем объеме известного устройства давление произвольной формы с задаваемой скоростью нарастания, значениями амплитуд, соотношением длительностей фаз сжатия и разряжения.

Техническим результатом является обеспечение возможности создания внутри рабочего объема установки не только постоянного, но и переменного давления, изменяющегося во времени по заданному закону.

Технический результат достигается тем, что в лабораторной вакуумной установке, содержащей рабочий объем, систему управления, систему измерения и регистрации, систему электропитания, системы создания избыточного давления и разрежения соединены с рабочим объемом трубопроводными магистралями различного сечения, каждая из которых оборудована электромагнитным клапаном. Формирование давления произвольной формы по заранее установленному закону внутри рабочего объема происходит путем совместного последовательного и параллельно-перекрывающегося срабатывания электромагнитных клапанов при поступлении на них напряжения от модуля коммутации по алгоритму управляющего модуля. Алгоритм управляющего модуля задается оператором в программном обеспечении, установленном на средство автоматизированной обработки информации, входящего в состав системы управления.

На фиг. 1 представлена функциональная схема лабораторной вакуумной установки.

В состав лабораторной вакуумной установки входят следующие комплексы и системы.

Система управления, включающая: средство автоматизированной обработки информации 1 с установленным программным обеспечением для управления установкой, управляющий модуль 2, модуль коммутации 3, электромагнитные клапаны 4.

Система измерения и регистрации давления в составе: датчиков давления 5, автоматизированного регистратора сигналов 6 и средства автоматизированной обработки информации 1.

Система создания разрежения, состоящая из вакуумного насоса 7 и опорных объемов 8 - вакуумных ресиверов вертикального исполнения, соединенные между собой, вакуумным насосом и рабочим объемом системой трубопроводов. Ресиверы оснащены манометром, для контроля разрежения возникающего в них в ходе экспериментов.

Система создания избыточного давления, состоящая из компрессора 9 и опорных объемов для сжатого воздуха 10 - баллонов вертикального исполнения с максимальным рабочим давлением 1,6 МПа, соединенные между собой, компрессором и рабочим объемом системой трубопроводов. Опорные объемы оснащены манометром, для контроля избыточного давления возникающего в них в ходе экспериментов.

Рабочий объем установки 11, выполненный в виде прочной камеры цилиндрической формы горизонтального исполнения с быстросъемной крышкой. Для предотвращения аварийных ситуаций имеется предохранительный клапан связи рабочего объема с атмосферой 12. Для регистрации сигналов при проведении лабораторных исследований рабочий объем оснащается датчиком давления, который устанавливается в посадочное гнездо с прокладкой для обеспечения герметичности.

Система электропитания, включающая щиты электропитания 13 и блоки питания 14.

Принцип работы установки основан на перетекании воздуха между опорными 8, 10 и рабочим 11 объемами. Лабораторную вакуумную установку применяют следующим образом.

Лабораторных животных (крысы, кролики, собаки, обезьяны, бараны) размещают в рабочем объеме 11 установки и закрывают быстросъемную крышку надежно зафиксировав ее болтами.

Избыточное давление в опорных объемах со сжатым воздухом 10 создается путем накачки воздуха в них с помощью компрессора 9. Разрежение в опорных объемах 8 создается откачкой воздуха вакуумным насосом 7.

Оператор задает алгоритм срабатывания электромагнитных клапанов 4 с помощью программного обеспечения, установленного на средство автоматизированной обработки информации 1. Через управляющий модуль 2, согласно заданного алгоритма, подается управляющее напряжение на твердотельные реле модуля коммутации 3, при срабатывании которых подается напряжение на катушки электромагнитных клапанов 4 и происходит открытие их проходных отверстий, тем самым осуществляется изменение давления в рабочем объеме 11.

Измерение и регистрация параметров давления осуществляется с помощью датчиков давления 5, автономного регистратора сигналов 6 и средства автоматизированной обработки информации 1.

В сравнении с прототипом заявляемая установка позволяет формировать внутри рабочего объема постоянное давление (фиг. 2 а, б), переменное во времени давление произвольной формы по заранее установленному закону (отдельно фаз сжатия (фиг. 2 в) и фаз разрежения (фиг. 2 г), знакопеременной формы (фиг. 2 д) и последовательное формирование давлений различной формы требуемой общей продолжительности (фиг. 2 е).

Заявляемая лабораторная вакуумная установка может быть использована в научно-исследовательских и испытательных учреждениях Министерства обороны и организациях, занимающихся исследованиями поражающего действия полей давления.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение №2319126 от 09.08.2006 г. «Способ задания давления в контролируемом объеме и установка для его осуществления».

2. Патент РФ на изобретение №2614664 от 05.08.2015 г. «Устройство для задания переменного/пульсирующего давления в рабочем объеме».

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для проведения экспериментальных исследований по воздействию на лабораторных животных постоянного и переменного давления, изменяющегося во времени по заданному закону. Лабораторная вакуумная установка содержит систему управления, включающую: средство автоматизированной обработки информации, программное обеспечение для управления установкой, управляющий модуль, модуль коммутации, электромагнитные клапаны: систему измерения и регистрации сигналов в составе: датчиков давления, автоматизированного регистратора сигналов и средства автоматизированной обработки информации. Также установка содержит систему создания разрежения, состоящую из вакуумного насоса и опорных объемов с разреженным воздухом, соединенных между собой вакуумным насосом и рабочим объемом системой трубопроводов; и системы создания избыточного давления, состоящей из компрессора и опорных объемов для сжатого воздуха, соединенных между собой компрессором и рабочим объемом системой трубопроводов. Технический результат - обеспечение возможности создания внутри рабочего объема установки постоянного и переменного давления, изменяющегося во времени по заданному закону. 7 ил.

Лабораторная вакуумная установка, состоящая из рабочего объема, системы электропитания, системы измерения и регистрации давления, системы создания избыточного давления и разрежения, отличающаяся тем, что системы создания избыточного давления и разрежения соединены с рабочим объемом трубопроводными магистралями различного сечения, каждая из которых оборудована электромагнитным клапаном, формирование давления произвольной формы по заранее установленному закону внутри рабочего объема происходит путем совместного последовательного и параллельно-перекрывающегося срабатывания электромагнитных клапанов при поступлении на них напряжения от модуля коммутации по алгоритму управляющего модуля, настраиваемому оператором при помощи программного обеспечения, установленного на средство автоматизированной обработки информации, входящего в состав системы управления.