Дозатор жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01F11/06 B01L3/02 G05D27/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к дозирующим устройствам или бюреткам, используемым при объемном анализе жидких сред, и может быть использовано в системах анализа в металлургической, химической, целлюлозно-бумажной, Фармацевтической отраслях промышленности и др.

Известно устройство для дозирования жидкости, содержащее привод с ходовым винтом, дозирующее устройство, выполненное в виде цилиндра, внутри которого перемещается поршень или плунжер,

подключенный через соединительный патрубок к запорно-распределительному устройству, включающему корпус с входными и выходными патрубками, указатель расхода и программно-задающее устройство. За- порно-распределительное устройство снабжено установленными над входным и соединительным патрубками и разделяющими корпус на камеры заполнения и дози- рования пробками с направляющей втулкой, размещенной в камерах и с центральным осевым каналом, сообщающим камеры и входной патрубок, причем каждая

камера при этом снабжена свободнолежа- щим на направляющей втулке мембранным каналом, выполненным в виде колпачка, в днище которого закреплена мембрана.

Указанное устройство имеет ряд недостатков. При реверсе движения ходового винта (при осуществлении процесса забора и отлива жидкости) из-за наличия люфта о механической части появляется погрешность при отмере жидкости, а малый перепад давлений между камерами не обеспечивает перекрытие каналов забора и отлива жидкости, снижая тем самым надежность работы устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является автоматическая бюретка-дозатор, содержащая привод с ходовым винтом, дозирующее устройство, распределительный кран, программно-задающее устройство и указатель расхода жидкости (титранта), выполненный в виде оптической импульсной системы, состоящей из диска с отверстиями (диска-обтюратора), размещенного на ходовом винте привода, источника излучения, светоприемника (разнесенная оптронная пара) и электронного счетчика импульсов, выход которого подключен к входу программно-задающего устройства связанного с приводом (электродвигателем со схемой управления). Дозирующее устройство выполнено в-виде сменных насадок - цилиндров с поршнями и штоками, разных объемов и дополнительно содержит обойму дня сменных насадок. Оптическая импульсная система снабжена микропереключателями, каждый из которых размещен на заданной высоте обоймы и связан входом посадочной частью сменных насадок, дополнительными светоприемникамм и блоком управления, соответствующие входы которых соединены с выходами микропереключателей и светоприемников, а выход подключен к входу импульсного счетчика.

Указанное устройство имеет следующие погрешности вызванные наличием люфта в приводе с ходовым винтом из-за которого движение поршня при реверсе начинается после определенного числа оборотов ходового винта и по этой причине часть выданных за это время электрических им- пульсовот диска с отверстиями и сптронной пары не соответствует количеству забранной или выдавливаемой из цилиндра жидкости. Последнее снижает точность дозирования и погрешность при этом достигает 2-3%. Этот недостаток частично устраняется механическим выбором величины люфта - началом счета электрических мм- пульсов от светоприемника после опредоленных оборотов ходового винта, однако ввиду постепенного износа механических узлов, работа устройства возможна только в режиме бюретки, т.е. только при заборе

максимального количества жидкости (объема ограниченного размерами дозирующего устройства - цилиндра с поршнем) и постепенном ее отлиае, хотя в ряде случаев требуется отбор определенного количества

0 жидкости, немедленный ее отлив - режим дозатора. В этом режиме по указанным причинам суммарная погрешность значительно возрастает, так как происходит частый реверс ходового винта, требуется периоди5 ческая настройка устройства. Целью изобретения является повышенме точности дозирования и расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в дозатор

0 жидкости, включающий привод с дозирующим устройством, содержащее цилиндр со сливным патрубком, поршень со штоком и блоки фиксации положения поршня, распределительный кран, блок упрвления

5 дозирующим устройством, программно- задающее устройство, указатель расхода жидкости и счетчик электрических импульсов, к входам блока управления дозирующим устройством подключены выходы

0 блоков фиксации положения поршня, а его выход подключен к входу привода, введен ротор, снабженный кольцевым выступом, расположенным на его внутренней стенке и втулкой с резьбой, в которых установлен

5 свободный конец штока, между выступом и втулкой размещена пружина, указатель расхода жидкости размещен на другом конце ротора, а устройство дополнительно снабжено блоком переключения и блоками фик0 сации положения распределительного крана, блоком выработки сигналов управления, блоком переключения режимов и блоком сравнения, причем один из выходов блока выработки сигналов управления под5 ключей к входу блока переключения распределительного кранз, другой его выход подключен к входу блока управления дозирующим устройством, его третий выход подключен к входу программно-задающего

0 устройства, а четвертый его выход подключен к счетчику электрических импульсов, к входам блока выработки сигналов управления подсоединены выходы блоков фиксации положения распределительного крана и вы5 ход блока переключения режимов, к входам которого подключены выходы блока управления дозирующим устройством и блоха сравнения, к входам которого подключен выход программно-задающего устройства и выход счетчика электрических импульсов; а

выход блока переключения распределительного крана соединен с выступом по следнего.

Исключение люфта в системе шток-выступ ротора обеспечивается наличием пружины, размещенной между выступом в роторе и втулкой с резьбой и прорезями, которая вьэдена в ротор, а такжэ размещением на другом конца ротора указателя расхода жидкости - диске с отверстиями, что повышает точность дозирования в десять раз.

Введение блока переключения и блоком фиксации положения распределительного крана, блока выработки сигналов управления, блока переключения режимов и блока сравнения обеспечивает функционирование устройства в режимах работы Бюретка и Дозатор, повышая тем самым надежность работы устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы работы устройства соответственно в режимах Дозатор и Бюретка ; на фиг. 4 - пример конкретного выполнения схемы блоков фиксации положения распределительного крана, блоков фиксации положения поршня; на фиг, 5 -то же, блока управления дозирующим устройством; на фиг. 6 - пример выполнения блока переключения режимов, программно-задающего устройства и блока сравнения.

Дозатор жидкости (фиг. 1) состоит из дозирующего устройства, включающего цилиндр 1 со сливным патрубком 2, поршень 3 которого жестко закреплен на штоке (ходовом винте) 4, на штоке 4 нарезана резьба и он снабжен пазом 5, цилиндр 1 закреплен на выступе 6 корпуса 7, который имеет еще два выступа 8 и 9. На дне корпуса 7 размещен выступ 10, один конец которого введен в паз 5, другой конец штока 4 введен во внутреннюю полость ротора 11, размещенного в подшипниках 12 и 13 в выступах 8 и 9. Ротор 1 снабжен с внутренней стороны выступом 14, имеющим резьбу, которая навинчена нз шток 4. Кроме этого, на шток 4 навинчена втулка 15, имеющая радиальные прорези 16, в одну из которых введен конец винта 17, закрепленный на ооторе 11. В полости между выступом 14 и втулкой 15 ротора 11 размещена спиральная пружина 18, На роторе 11 размещена шестерня 19 и указатель расхода жидкости - диск 20 с отверстиями 21. В шестерне 19 прижата другая шестерня 22, закрепленная на оси электродвигателя 23, а по обеим сторонам отверстий 21 расположена разнесенная оп- тронная пара - осветитель 24 и светоприем- нмк 25. Другой конец сливного патрубка

подведен к среднему «лнллу распределительного крача 26, другие капали которого подаедены с помощью гшрубк-оп 27 и 28 соответственно к объекту дозирования и объекту отбора жидкости - сосуду 29. Распределительный кран 26 снабжен выступом 30. который шарнирно закреплен к блоку 31 перб; л /чяния и ограничен с о Зеих сторон (А и 6) блоками 32 и 33 фиксации положения

0 распределительного крана. Перемещение поршня (штока) ограничено с обеих сторон блоками 34 и 35 фиксации положения порш- нч и стержня 36. Устройство содержит также блок 37 заработки сигналов управления,

5 блок 33 переключения режимов, блок 39 уп равления дозирующим устройством, программно-задающее устройство 40, счетчик 41 электрических импульсов и блок 42 сравнения. При этом выходы блоков 32 и 33

0 подключены к входам блока 37, выходы которого подключены к блокам 31 и 39, другой вход блока 37 подключен к выходу блока 38, который в свою очередь снабжен тремя входами для подачи сигналов установки режи5 ма (вх1, BX2J и для подачи сигнала начала работы (СП). Другой выход блока 38 подключен к входу блока 39. Выход светоприемни- ка 25 подключен к входу счетчика 41, выход которого в свею очередь подключен на вход

0 блока 42 сравнения, на второй вход которого подключен выход устройства 40. Выход блока 42 подключен к входу блоха 38. Выходы блоков 34 и 35 фиксации положения дозатора подключены к входам блока 39.

5Работа дозатора жидкости протекает в

следующей последовательности.

В режиме Дозатор на вход блока 38 переключения режимов подается сигнал включения устройства на заданный режим,

0 с выхода блока 8 на вход блока 37 выработки сигналов управления поступает сигнал включения. Блок 37, сработав, включает блок 31 переключения распределительного крана, который воздействует на выступ 30

5 распределительного крана,переводит его в положение А. После достижения данного положения от сигнала блока 32 фиксации положения распределительного крана через блок 37 включается в работу блок 39

0 управления дозирующего устройства и тем самым начинает работать двигатель 23, который посредством шестерен 22 и 19 приводит по вращательное движение ротор 11. Вращение ротора 11 при помощи выступа

5 14 и втулки 15 начинает перемещать шток 4; люфт между штоком 4 и ротором 11 при этом исключен наличием растяжений силы пружины 18 и возможностью перемещения втулки 15 пазом 16 вдоль винта 17, а поворот штоха 4 вокруг оси исключен наличием выступа 10. После достижения крайнего верхнего положения поршнем 3 выступ стержня

36включает в работу блок 34 фиксации положения дозатора, от сигнала которого работает блок 39, отключая двигатель 23. За время работы дозатора жидкость из цилиндра 1 через сливной патрубок 2, распоеде- лительный кран 26 и патрубок 23 поступает в сосуд 29. После подачи сигнала Пуск (СП) на вход блока 38 от сигнала последнего работает блок 37, включая в работу блок 39 и, следовательно, двигатель 23, который начинает вращаться в противоположном направлении. По этой поичиче шток 4 и, следовательно, поршень 3 начинают перемещаться вниз тем самым отбирая жидкость из сосуда 29 через патрубки 28 и 2 и канал распределительного крана 26. Одновременно от сигналов блока 37 выработки сигналов управления осуществляется сброс показаний счетчика 41, и включается в работу программно-задающее устройство 40. На входы блока 42 сравнения поступает заданное значение дозы и начинает поступать текущее значение отбираемой порции жидкости (от счетчика 41), работающего от блока 25 и устройства 20. После совпадения обоих входных значений работает блок 42 сравнения, от сигнала которого через блоки 38 и

37происходит включение блока 31, вследствие чего распределительный кран переходит в положение Б. При достижении выступом 30 распределительного крана 26 положения Б работает блок 33 фиксации положения распределительного крана, от сигнала которого через блок 37 работает через блок 39 двигатель 23, который, включаясь на реверс, приводит в движение ротор 11, и шток начинает перемещаться в противоположном направлении; и в этом случае наличие пружмны 18 и втулки 15 исключают люфт в системе дозирования. Вытесняемый объем жидкости из цилиндра 1 через сливной патрубок 2, канал распределительного крана 26 и патрубок 27 начинает поступать на объект дозирования. Этот процесс длится до того времени, пока поршень не достигнет верхнего исходного (начального) положения; после этого от выступа стержня 36 вновь работает блок 34 фиксации фиксации положения дозатора, от сигнала которого на блок 39 происходит обесточивание двигателя 23, При поступлении нового сигнала Пуск (СП) на блок 38 весь процесс забора и дозирования жидкости каждый раз повторяется и при этом количество жидкости каждый раз зависит от значения, установленного на устройстве 40. На временной диаграмме работы устройства в режиме Дозатор (фиг.2) потенциалы сигналов (Ир

на отдельных блоках обозначены номерами этих блоков. Например, входной сигнал на блоке 37 обозначен 1)22, на блоке 31 - И21 и т.д. Аналогично обозначены и функциональные сигналы, например, сигнал сброса Исбр., сигнал совпадения Исовп. и т.д.

Работа дозирующего устройства в режиме Бюретка протекает в следующей последовательности.

0 После подачи на другой вход (вх2) блока 38 переключения режимов от сигнала данного блока работают блоки 37 и 31, после чего распределительный кран 26 переводится в положение А. От сигнала блока 32 фик5 сации положения распределительного

. крана через блок 37 включается в работу

блок 39 и запускается двигатель 23. Ротор

11, вращаясь, посредством шестерен 22 и 19

начинает линейно перемещать шток 4 и за0 крепленный на нем стержень 36 с выступом. Через патрубок 28, канал распределительного крана 26 и сливной патрубок 2 из сосуда 29 в цилиндр 1 начинает поступать жидкость. После достижения поршнем 3

5 крайнего нижнего положения работает блок 35, от сигнала которого отключается двигатель 23 через блок 39 и от сигнала блока 37 работает блок 31, переводя распределительный кран в положение Б. Затем от сиг0 нала блока 33 работает блок 37 и через него подготавливаются к работе программно-задающее устройство 40 и счетчик 41, После чего, при наличии сигнала Пуск, на блок 38 начинает работать двигатель 23 (через блок

5 39) и идет счет импульсов объемов в счетчи- ке41. При достижении наружного значения, заданного устройством 40, от импульса блока 42 сравнения работает блок 37, а затем блок 39, отключая двигатель 23. После этого

0 отмер (дозирование) новой порции жидкости осуществляется заданием нового значения в устройстве 40 и подачей сигнала СП на блок 38 и т.д. до полного опустошения цилиндра 1, т.е. до достижения поршнем

5 крайнего верхнею положения. Затем весь цикл отбора и постепенного (порционного) дозирования повторяется. Фиг. 3 иллюстрирует во времени работу дозирующего устройства в режиме Бюретка.

0 Работа дозирующего устройства в режимах Дозатор и Бюретка отмечается в основном следующим: в режиме Дозатор устройством каждый раз забирается из внешнего объема 29 нужная порция жидко5 ста, а затем этот забранный объем вытесняется в сосуд, в котором происходит дозирование, т.е. забирается и дозируется одно и то же количество жидкости; в режиме Бюретка из одного внешнего объема забирается максимально возможное количество

жидкости (количество забираемой жидкости определяется возможностями - объемом цилиндра дозирующего устройства), а затем происходит выливание в другой внешний обьем заранее определенных, периодиче- ски меняющихся обг-е ов - порции жидкости до полного опустошения ш- индрэ дозирующего устройства. Блоки 32 и 33 фиксации положения распределительного крана 26 (фиг.4) содержат контактные группы Kt и К2, перекидной контакт которых имеет возможность взаимодействия с зыступог 30 распределительного крана 26. Выход М и К2 - нормально разомкнутые контакты, подключены к блокам выдачи ммпульсов БВИ1 и БВИ2, которые содержат блок инверсии (БИ), резистор (R), диод (Д), конденсатор (С) и блок совпадения (БС). Блок 31 переключения распределительного крана содержит электродвигатель (ДВ1), на оси ко- торого расположен диск с выступом, который имеет возможность свободного перемещения в пазе выступа 30. Блок 25 содержит фототранзистор (ФТ) и эмиттер- ный повторитель на транзисторе КТ, Блоки 34 и 35 фиксации положения поршня содержат контактные группы Кз и 4 и БВИзи4. Блок 39 управления дозирующим устройством (фиг.5) содержит блоки управления двигателями - БУД-м, содержащие управ- ляемые диоды УД| и 2, распределительные диоды Д1-4, управляющий тиристор KTi, включенный в разрыв диодной системы. На базе KTi через резистор RI поступают выходы триггеров управления Т-ы. На вха блоков БУД1-4 поступает переменное напряжение от внешнего источника питания синфазно: на БУД 1 и з - фазой Ф-, на БУД2 и А -фазой Ф2, а выходы БУД1 ц г и БУДз и 4 объединены между собой и подключены (вы- ходы а, аа) к двигателям Д81 и ДВ2 (фиг,4). Блок 38 переключения режимов (фиг.6) содержит триггеры Ti-з, двухвходозые блоки совпадения 5Ci-e, блок выдачи импульсов БВИ, электронный счетчик импульсов СЧ, дешифратор, входные диоды Д-|,2.... Блок 42 сравнения содержит схему сравнения СС, блок выдачи импульсов БВИ, Программно-задающее устройство 40 содержит два декадных переключателя ПП1И20бус- ловленной разрядностью значения величины ожидаемых максимальных (ПРИ) м текущих (ПП2) значений дозы жидкости.

Работа электрической схемы протекает в следующей последовательности.

В режиме Бюретка потенциал высоко- го уровня поступает на BXI блока 38 переключения режимов (фиг.6). После поступления сигнала пуск (СП) запускается TL включая в работу первую группу блоков

сорпаденся БОз-6- Одновременно запускается Тз, подготовляя в работу БСз. На выходе БС.4 появляется сигнал высокого уровня, который запускает в работу Tt блока 39 уп- рззломмя позирующим устройством (фиг.5) tr-.oci ag. Дм отключается подачей сигнала уровня от Б В Hi бпока 32 (фиг.4) эрзя диС Д Д1 на второй вход БСз блока 38 Фиг,6) работает СЧ и ДШ переходит на дру- ую позицию, включая БСз и одновременно отключается Дв1 перекидыванием Ti. От БСз работает Дв2 подачей потенциала и пе- иЈбрасувгниемТ2(ап)(фмг.б), Одновременно с Дз2 включается ПП-i, начинается npcniec.c г jiSopa максимальной порции жиа- кости. От модуляции света на ФТ блока 2l (фиг.4) начинает работать СЧ 41. выходные сигналы с которого поступают на вход Б СС блока 42 (сЬиг.6). Ка; только значение заданное ПГЬ на вхА станет равным значениям на вк Б, от сигнала БВИе блгка 42 через Д2 работает СЧ блока 38, который, включая БСе, подготавливает дозирующее устройство к дозированию величины жидкости задававшее ПП2 блока 40. Сигнал высокого /ровня поступает при этом на Т2, ПП2 (аю). От Та работает БУД2, включая в работу ДВт, и блок 31 переключения распределительного крана переходит в режим дозирования жидкости. Как только бг.ок 31 достигнет данного положения от сигнала контактной груп- пы срабатывает BBI/b, который перекидывает триггер Т2 в исходное положение (вх.Э2) и подготавливает ; работе и БИ2 блоки 39, После этого для осуществления процесса дозирования порции жидкости., значение которой выбрано на ПП2. запуск и торможение двигателя осуществляется подачей потенциала высокого уровня на Тз блока 39 соответственно через БИ1 и 5 1г от сигнале Пуск и при срабатывании БВИе блока 36 (зых.31з). Этот процесс длится до тех пор, пока поршень 3 (фиг.4) дозирующего устройства не достигнет крайнего верхнего попожения, до тех пор пока не произойдет полное вытеснение жидкости из цигиндра Затем от сигнала контактной пары Кз через БВИз и Да блока 38 работает непосредственно СЧ, который, переводя ДШ на новое положение отключает Е-Сз и 48DS3 5BMs. производит полный сброс схемы (т.е. Т1-Тз)и СЧ бпока 38.

Работа схемы з режиме Дозатор осуществляется в следующей последовательности. Подачей потенциала на ВХ2 блока 38 (фиг.6), подготовляя БС2 к работе. С подачей сигнала пуска (СП) запускаются Т2 и Тз данного блока, включая в работу и подготовляя к работе СЧ через БСз. БС запускает в СБОЮ очередь Т2 блока 39, который через

БУДз (as) подает питание на Дв2. Поршень дозирующего устройства принимает крайнее верхнее положение и от сигнала Кз через БВИз и диод Д4 (вых.ае) СЧ (блока 38) переводит ДШ в положение 2, включая блок БСв и срабатывает Т4 блока 39; БСе подает сигнал высокого уровня на ПП2 и переводит блок 31 в положение забора пробы в емкости 29 посредством ДВ1 через БУД2. После забора нужного количества жидкости от сигнала БВИе (а 13 блока 42) работает СЧ блока 38 и включает БСэ, который через диоды Дб и Де запускает Ti (аэ), Тд (а 12), осуществляя тем самым процесс дозирования порций жидкости во внешний объем. После чего процесс можно периодически повторять, включая в работу Т2 и Тз от вх.2 м сигнала СП.

По сравнению с известной автоматической бюреткой -дозатором в предлагаемом изобретении достигается повышение точности дозирования в десять раз за счет исключения люфта электромеханической системы. Кроме того, введением дополнительных блоков, достигается повышение надежности работы в режимах Бюретка и Дозатор.

Формула изобретения Дозатор жидкости, включающий привод с ходовым винтом, дозирующее устройство, содержащее цилиндр со сливным патрубком, поршень со штоком и блоки фиксации положения поршня, распределительный кран, блок управления дозирующим устройством, программно-задающее устройство, указатель расхода жидкости и счетчик электрических импульсов, к входам блока управления дозирующим устройством подключены выходы блоков фиксации положения поршня, а его выход подключен к входу привода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности дозирования и расширения функциональных возможностей, он дополнительно снабжен ротором, связанным со штоком и снабженным кольцевым выступом, расположенным на его внутренней стенке, м втулкой с резьбой, в которых установлен свободный конец штока, между выступом и втулкой размещена пружина, указатеь расхода жидкости размещен на другом конце ротора, дозатор также снабжен блоком переключения и блоками фиксации положения распре- делительного крана, блоком выборки сигналов управления, блоком переключения режимов и блоком сравнения, при этом один из выходов блока выработки сигналов

управления подключен к входу блока переключения распределительного крана, другой его выход подключен к входу блока управления дозирующим устройством, его третий выход подключен к входу программно-задающего устройства, четвертый его выход подключен к счетчику электрических импульсов, к входам блока выработки сигналов управления подсоединены выходы блоков фиксации положения распределительного крана и выход блока переключения режимов, к входам которого подключены выходы блока управления дозирующим устройством и блока сравнения, к входам которого подключены выход программно-задающего устройства и выход счетчика электрических импульсов, а выход блока переключения распределительного крана соединен с выступом последнего.

7

U 72

a

tf

3

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к дозирующим устройствам или бюреткам, используемым при объемном анализе жидких сред, и может быть использовано в системах анализа в металлургической, химической, целлюлозно-Зумвжной, фармацевтической отраслях промышленности и др. Изобретение позволяет повысить точность и надежность работы устройства. Изобретение содержит дозирующее устройство, распределительный кран, блок управления дозирующим устройством, программно-задающее устройство, указатель расхода жидкости, счетчик электрических импульсов, привод. Кроме того, дозатор содержит ротор, снабженный кольцевым выступом, оасположен- ным нз его внутренней стенке и втулкой с резьбой, в которых установлен свободный конец штока. Между выступом и втулкой размещена пружина, указатель расхода жидкости расположен на другом конце ротора. Устройство дополнительно снабжено блоком переключения и блоками фиксации положения распределительного крана, блоком выработки сигналов управления, блоком переключения режимов и блоком сравнения. 6 ил. С

J5

-.7

Фиг. 2

Фил,Ъ

M

Фиг t

6C

9i

rijf г

г ;

.

n

т

I

4/

l

г

fe

s&

&. Pi

Л,

«®Oi

аг.5

1

Г

г

-в

Л4

eJtf И,