Перистальтический микронасос Советский патент 1992 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при дозировании малых объемов в химической, медицинской и других отраслях промышленности.

Известен принцип перистальтического дозирования жидкости деформацией и вос- становлением цилиндрической эластичной камеры во входном, среднем и выходном сечениях, причем, начало цикла последовательной деформации и восстановления во входном и среднем сечениях осуществляют одновременно и в противо- фазе с началом цикла последовательного восстановления и деформации в выходном

сечении, а градиент импульса деформации среднего сечения выбирают меньше градиента импульса деформации входного сечения, но больше градиента импульса восстановления выходного сечения, а деформацию среднего сечения направляют под углом а к продольной оси камеры в пределе 75° а 88°.

В данном устройстве путем специально сформированной разницы градиентов деформаций входного-выходного сечения формируется величина микродозы и повышается точность формирования этой микродозы.

VJ

V4 О 00 О

СО

Однако при этом следует, что величина самой микродозы не регулируется, а изменение расхода жидкости определяется частотой формирования микродоз и уже при частоте 10...20. Гц наблюдается процесс сцепления отдельных микродоз, что указывает на их значительную величину по отношению к сечению деформируемой трубки, и следовательно, сужает диапазон регулирования расхода жидкости за счет повышения нижнего предела расхода жидкости.

Известен инфузионный насос, который взят в качестве прототипа и содержит задатчик режима расхода жидкости, формирователь фазной последовательности, синхронный многофазный двигатель, подключенный к управляемому источнику тока и механически связанный с роликовой головкой и отличающийся тем, что он дополнительно снабжен датчиком скорости вращения двигателя и программным, блоком, содержащим задатчик режима работы, задатчик амплитуды пульсации, сумматор, два коммутатора, формирователь импульсных сигналов, устройство сравнения и кардиосинхронизатор, причем выход задат- чика режима расхода жидкости подключен к первому входу сумматора и второму входу первого коммутатора, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход сумматора подключен к выходу задат- чика амплитуды пульсации, выход задатчи- ка режима работы, управляемого кардиосинхронизатором подключен к управляющему входу первого коммутатора, выход которого соединен с входом формирователя фазной последовательности и вторым входом устройства сравнения, первый вход которого подключен к датчику скорости, выход формирователя фазной последовательности подключен к первому входу и через формирователь импульсных сигналов к второму входу коммутатора, управляемый вход которого соединен с выходом устройства сравнения, выход второго коммутатора подключен к управляемому источнику тока.

8 прототипе речь идет о повышении точности дозировки за счет стабилизации скорости многофазного двигателя, при этом вопросы одновременного формирования малых доз и их группировки не рассматриваются.

Дальнейшее уменьшение микродоз в таких системах может быть достигнуто установкой понижающих редукторов, что с одной стороны приводит к увеличению габаритов, энергоемкости, а с другой - к

ограничению возможности их группировки за счет уменьшения скорости транспортировки микродозы.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности одновременного формирования малых доз и их группировки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном перистальтическом микронасосе, содержащем роликовую головку, соединенную с приводом, подключенным к блоку управления и источник питания, привод выполнен пьезоэлектрическим в виде вала с ротором, связанным через толкатель с кольцевым пьезоэлементом, блок управления выполнен в виде генератора высокочастотных импульсов возбуждения пьезоэлемента, соединенного с управляемым ключом, вход которого соединен с

выходом формирователя длительности пачки импульсов возбуждения, вход которого связан с формирователем частоты следования пачек импульсов, источник питания подключен к управляемому ключу

блока управления, а соединение роликовой головки с приводом выполнено неразъемным.

Сущность предложенного технического решения базируется на том, что формирование результирующей деформации, соответствующей микродозе, осуществляется суммой высокочастотных микродеформаций. Это в свою очередь позволяет

значительно понизить саму микродозу, минимальная величина которой, теоретически, будет определяться одной высокочастоу- ной микродеформацией. Ввиду того, что микродеформации осуществляются с высокой частотой 20... 100 кГц, это позволяет сформировать пропорциональный закон расхода жидкости с широким диапазоном изменения скорости транспортировки микродоз, независимо от самой микродозы, или

что то же самое - осуществлять различную группировку микродоз. независимо от самой микродозы.

Задатчиком высокочастотных микродеформаций в предлагаемом устройстве

выступает устройство на базе пьезоэлемента, работающее по принципу обратного пьезоэффекта-пьезопри вода ударного типа вращательного движения на базе кольцевого пьезоэлемента с

внешними толкателями.

В сочетании с роликовой головкой величина микродеформации таким приводом пропорционально его угловому шагу.

Угловой шаг такого пьезопривода пропорционален длительности печки резонансных высокочастотных импульсов возбуждения пьезоэлемента. Угловой шаг может меняться в зависимости от длительности пачки от минимального (соответствующего одному высокочастотному импульсу возбуждения пьезоэлемента (до °о) непрерывного вращения).

Изменяя шаг путем изменения длительности пачки возбуждения гп тем самым можно менять величину микродозы от

0до оо.

Группировка микродоз или расход определяется скоростью транспортировки микродозы, или что тоже самое - скоростью вращения пьезопривода. Скорость вращения может определяться как частотой следования f 1/Tn пачек импульсов возбуждения, так и напряжением питания пьезопривода. Но именно режим регулирования частотой fcn следования пачек, позволяет обеспечить постоянство момента на валу пьезопривода. и тем самым значительно снизить нижний предел диапазона регулирования расхода жидкости во времени, т.е. практически свести его к нулю.

Именно схема пьезопривода на кольцевом пьезоэлементе с внешними толкателями обладает улучшенными стартстопными характеристиками за счет повышенного внутреннего момента самоторможения, что позволяет получать весьма малые шаги, а значит и формирователь весьма малые микродозы. Так достигнутый угловой шаг на пьезоприводе с диаметром пьезошай- бы 28 мм и внешними толкателями составила 1 угл.сек.

С другой стороны, именно такая схема пьезопривода обладает повышенным моментом, что позволяет на валу пьезопривода разместить несколько перистальтических механизмов. Так, достигнутый момент на палу пьезопривода с диаметром пьезошайбы 28 мм составляет 5 кГсм., момент же, требуемый для вращения перистальтического механизма с диаметром 60 мм составляет

1кГсм.

Наконец, возможность построения реверсивного пьезопривода позволяет реализовать режим изменения направления транспортировки жидкости на том же перистальтическом механизме. При этом схема привода с внешними толкателями обладает большим моментом самоторможения, который заведомо должен быть больше возвратного момента от упругой деформации в перистальтическом механизме при использовании неравномерного привода.

Нафиг.1 показаны блок-схема и предлагаемый перистальтический микронасос.

Устройство включает в себя перистальтический механизм 1 с роликовым колесом 2 на котором установлены прижимные элементы 3, поджимающие эластичную силиконовую трубку 4. Колесо 2 по оси сопряжено с валом пьезопривода 5 (нереверсивного), включающего ротор 6, кольцевой пьезоэлементТ, на внешней цилиндрической стороне которого закреплены металлические упругие толкатели 8, упирающиеся во внутреннюю часть ротора

6. Система управления включает в себя генератор формирования импульсов возбуждения 9 пьезоэлемента, управляемый ключ 10. источник питания 11, блок формирования 12 длительности.пачкиимпульсов возбуждения, и блок формирования 13 частоты пачек импульсов возбуждения.

На фиг.2 приведены эпюры питающих напряжений, поясняющих работу устройства.

Даже при наличии постоянного питающего напряжения на выходе блока 11 (эпюра А), например напряжения питания +27 В, сигнал в такой форме не поступает а

блок 9.

Форму импульсов питания формирует ключ 10, который управляется генератором частоты 13, формирующем частоту импульсов управления icn (эпюра Б).

В блоке 12 формируется длительность импульсов управления гп в соответствии с частотой Тел. Сформированный сигнал управления (эпюра В) поступает на управляемый ключ 10, с выхода которого идут

импульсы питания, соответствующие частоте и длительности импульсов управления (эпюра Г).

В блоке 9 осуществляется преобразование импульсов питания в пачки импульсов

возбуждения на резонансной частоте пьезоэлемента с напряжением Цвозб. и частотой fpea (эпюра Д). При наличии напряжения на пьезоэлементе 7 он возбуждается. Колебания от пьезоэлемента передаются

толкателями 8, которые создают момент вращения ротору 6. фрикционно соединенному с толкателями.

Шаг пьезопривода или угол разворота ротора Ау пропорционален длительности

импульса управления ть (эпюра Е) и определяет микродозу при таком способе дозировки.

Скорость транспортировки микродоз или расход жидкости определяется скоростью нарастания угла р(эпюра Е), которая при заданной микродозе определяется частотой следования импульсов управления fcn.

Использование предлагаемого устройства за счет одновременного формирования малых доз и их группировки позволило значительно расширить диапазон расхода жидкости и довести его (по одному каналу) до 0,01...500 мл/час.

Формул а изо бретения Перистальтический микронасос, содержащий роликовую головку, соединенную с приводом, подключенным к блоку управления, и источник питания, отличающий- с я тем, что, с целью обеспечения возможА. :в

ности одновременного формирования малых доз и их группировки, привод выполнен пьезоэлектрическим в виде вала с ротором, связанным через толкатель с кольцевым

пьезоэлементом, блок управления выполнен в виде генератора высокочастотных импульсов возбуждения пьезоэлемента, соединенного с управляемым ключом, вход которого соединен с выходом формирователя длительности пачки импульсов возбуждения, вход которого связан с формирователем частоты следования пачек импульсов, источник питания подключен к управляемому ключу блока управления, а

соединение роликовой головки с приводом выполнено неразъемным.

.: . ; , :: :г . ; / .: -. ,.

Использование: для дозирования малых объемов в химической, медицинской и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: формирование результирующей деформации, соответствующей микродозе, осуществляется суммой высокочастотных микродеформаций. Задат- чиком высокочастотных микродеформаций в устройстве выступает устройство на базе пьезоэлемента, работающее по принципу обратного пьезоэффекта - пъезопривод ударного типа вращательного движения на базе кольцевого пьезоэлемента с внешним толкателем. В сочетании с роликовой головкой величина микродеформации таким приводом пропорциональна его угловому шагу, который пропорционален длительности пачки резонансных высокочастотных импульсов возбуждения пьезоэлемента. В генераторе высокочастотных импульсов возбуждения пьезоэлемента осуществляется преобразование импульсов питания в пачки импульсов возбуждения на резонансной частоте пьезоэлемента. 2 ил. С/1 С

,.;/;