Устройство для автоматического дозирова-Ния жидКОСТЕй Советский патент 1981 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к устройствам для объемного дозирования жидкостей, а более конкретно к устройствам для автоматического дозиро вания жидкостей плунжерного типа с приводом на основе шагового двигате ля, применяег-ым в лабораторной прак тике при биохимических, биологических, медицинских и других исследованиях. Известны устройства для дозирова ния жидкостей плунжерного типа, в которых перемещение плунжера осуществляется с помощью шагового электродвигателя fll. Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для автоматического дозирования жид кости, содержащее дозирующий элемент плунжерного типа, шаговый двигатель и последовательно соединенны эадатчик дозы, блок записи и считывания, выполненный на реверсивном счетчике, генератор импульсов и бло управления шаговым двигателем f2. Значение дозы вводится в это устройство в виде электрического ци рового сигнала, а величина дозы опр деляется количеством импульсов, поступаквдих из системы управления в шаговый двигатель. Точность работы такого устройства определяется как точностью изготовления механических узлов, так и точностью отработки шаговым двигателем управляющих импульсов. Последняя же, при правильно .выбра.нных па-paiMeTpax нагрузки, зависит от частоты управляющих импульсов. Для обеспечения требуемой точности отработки частота управляющих импульсов не должна быть больше паспортного значения частоты приемисгосуи двигателя, т.е. частоты, .при которой двигатель осуществляет пурк, реверс и торможение без потери импульсов. Значения же этой частоты, как правило, невелики, что в итоге приводит к малой производительности таких устройств по сравнению с устройствами на асинхронных двигателях и.Пи двигателях постоянного тока. Цель изобретения - увеличение производительности при одновременном повьаиении точности. Указанная цель достигается тем, что реверсивный счетчик блока записи и считывания выполнен с (п-1) выходами с последовательно убывающим итогом, а устройство снабжено блоком автоматического п-ступенчатого изменения скорости шагового двигателя, включенным между генератором импульсов и блоком управления шаговым двигателем и содержанием (n-l) делителей частоты, схем И, (п-1) триггеров схему ИЛИ и счетчик импульсов, имеющий (п-1) выходов с последовательно нарастающим итогом, реверсивный счетчик блока записи и считывания выполнен с (п-1) выходами с последовательно убывающим , причем делители частоты соединены последовательно и вход первого из них соединен с выходом генератора импульсов, первые входы схем И соединены в прямой последовательности соответственно с выходом генератора импульсов и выходами делителей частоты, вторые входы схем И, начиная с первой схемы, соединены в обратной последовательности с прямыми выходалш триггеров, третьи входы схем И, начиная со второй схемы, соединены в.обратной последовательности с инверсными выходами триггеров, выходы схем И соединены с входами схемы ИЛИ, выход которойсоединен.с входом блока управления шаговым двигателем и с входом счетчика импульсов, выходда счетчика импульсов соединены в прямой последовательности с установочными входами триггеров, а выходы реверсивного счетчика блока записи и считывания соединены в обратной последовательности со сбросовыми входами триггеров.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 функциональная схема блока автоматического изменения скорости.

Устройство содержит задатчик 1 дозы, блок 2 записи и считывания, выполненный на реверсивном счетчике 3, имеющем (п-1) выходов 4, 4 (п-1) с последовательно убывающим итогом, генератор 5 импульсов, блок 6 автоматического изменения скорости , блок 7 управления шаговым двигателем, шаговый двигатель 8, передаточный механизм 9, плунжерный дозирующий элемент 10 с клапаном.

Блок 6 автоматического изменения скорости содержит (п-1) делителей частоты (n--lb схемы И ...12 (п-1) триггеров () схему ИЛИ 14, счетчик 15 импульсов, имеющий (п-1) выходов (,.) с последовательно нарастающим итогом.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от углового шага двигателя 8, передаточного отношения между валом двигателя и плунжером и диаметра плунжера определяется объемная цена импульса, т.е. величина дозы, соответствующая одному шагу

двигателя 8 или одному импульсу системы управления.

Задаваемое значение дозы в единицах, соответствукщдих объемной цене импульса, вручную или автоматически вводится в задатчик 1 дозы. По команде оператора или автоматически значение дозы в виде электрического цифрового сигнала из задатчика 1 дозы подается на вход записи реверсивного счетчика 3 блока 2 записи и считывания, где и записывается. Как только в счетчике .3 окажется записанным какое-либо число, с выхода блока 2 подается команда на генерато 5 импульсов, который начинает генерировать импульсы. С выхода генератора 5 через блок 6 автоматического изменения скорости импульсы поступают на вход блока 7 управления шаговым двигателем и отрабатываются шаговым двигателем 8, который через передаточный механизм 9 перемещает плунжер дозирующего элемента 10. Происходит дозирование.

Одновременно с выхода блока б автоматического изменения скорости импульсы подаются на вычитающий вход счетчика 3 блока 2 записи и считывания. Как только число импульсов, поданное на вычитающий вход счетчика 3, окажется равным числу, записанному в счетчике 3 от задатчика 1, счетчик обнулится и с выхода блока 2 записи и считывания в блок управления шаговым двигателем подается сигнал на реверсирование двигателя 8. Шаговый двигатель 8 реверсирует, вследствие чего прекращается дозирование и начинается забор дозы, и плунжер дозирующего элемента 10 возвращается в исходное положение, определяемое, например, конечным выключателем (на чертежах не. показан) .

Таким образом, количество импульсов, прошедшее от генератора 5 к двигателю 8, равно числу, поданному от задатчика 1 дозы в блок 2 записи;и считывания.

Работа блока 6 автоматического из менения скорости происходит следующим образом.

Ряд последовательно соединенных делителей частоты (M-f). на вход первого из которых 11 подается выход ная частота генератора 5 f , образует (п-1) ступеней делителя частоты, в результате чего создается ряд из последовательно убывающих частот f,f,.fц снимаемых с выхода генератора 5 и выходов делителей 11 соответственно. Эти частоты в

ti-l

прямой последовательности подаются на первые входы схем И 12 -12|:j, т.е. частота f,j подается на схему 12, частота fg - на схему 12 и т.д. Выходы всех схем И соединены с п входами схемы ИЛИ 14. Поскольку при работе блока 6 автоматического измене-, ция скорости открытой в каждый данный момент времени является только одна из схем И 12 J-2|/,, то на выходе схемы ИЛИ 14 в данный момент времени будет присутствовать только одна Из частот , ,. Импульсы этой частоты подаются на вход счетчика 15 импульсов.

Вторые входы схем И, начиная с первой схемы 12 , соединены в обратной последовательности Q прямыми выходами триггеров 13/f-13(n--i) т.е. выход триггера 1---и- 2 соединен с входом схемы12 , выход триггера 13. соединен с входом схемы 122., и т.д., выход триггера 13-f соединен с входом схемы 12(,.-)). Третьи входы схем И, начиная со второй схемы 12/i, соединены в обратной последовательности с инверсными выходами триггеров . 13,( ) г т.е. выход триггера 13(vi.ij соединен с входом схемы 12.2, выход триггера 13(ц-2)- с входом схемы 12з и т.д., выход триггера 13 соединен с входом схемы 12у, .

Таким образом, оказываются свободными третий вход схемы 12 и второй вход схемы 12 VI.

Счетчик 15 импульсов имеет (п-1) выходов (ц) с последовательно нарастающим итогом, т.е. этим выходам соответствуют числа соответственно Ц , I 2.. . , 1 (п-1) такие, что -1 Z (п -1). При появлении в счетчике 15 каждого из указанных чисел на соответствующем выходе счетчика 15 появляется импульс. Выходы ,. соединены в прямой последовательности с установленными входами триггеров 13.-13(j)., т.е . выход 16/2 соединен с триггером 13, выход 16i соединен с триггером 13 и т.д., выход 1б(у.,соединен с триггером .).

Реверсивный счетчик 3 в блоке 2 записи и считывания имеет {п-1) выходов /f 4гу) с последовательно убывающим итогом, т.е. этим выходам соответствуют числа соответственно m.m,, . . . m (у,.)Такие, что т Ш;. . . т/у,л. При появлении в счетчике 3 каждого из указанных чисел на соответствующем выходе счетчика 3 появляется импульс. Выходы 4 Н j 4 (( соединены в обратной последовательности со сбросовыми входами триггеров .13/1-13 (у,), т.е. выход 4 .соединен с триггером 13(ц) , выход 4 2. - с триггером 12(1)К т.д., выход 4(,/1)соединен с триггером 13 .

В исходном положении счетчики 3, 15 и триггеры ) °Дятся в нулевом состоянии. Вследствие этого з всех схем И открытой оказывается только схема 12у,, на первый вход которой подается наименьая частота fy. Как только в счетчике 3 от задатчика 1 дозы оказывается

только записанным какое-либо число, включается генератор 5 импульсов, и импульсы частотой fn с выхода делителя 11ц-1 через схему И 12 и схему ИЛИ 14 поступают на вход блока управления шаговым двигателем, осуществляя трогание двигателя с минимальной частотой управляющих импульсов fи. Одновременно эти же импульсы поступают на вход счетчика 15 и вычитающий вход счетчика 3. Как только

o счетчик 15 отсчитывает 1 импульсов на его выходе 16 появится импульс, переводящий триггер 13 в единичное состояние. Вследствие этого состоя1ние выходов триггера 13 изменится

5 на противоположное, т.е. на инверсном - уровень логического нуля, и схема И 12у| закроется, а схема и 12(Ц.-1) откроется . Это значит, что на входы блока 7 и счетчиков 3 и 15

0 начнут подаваться импульсы с более высокой частотой .) , т.е. двигатель 8 будет разгоняться. При поступлении в счетчик 1512 импульсов изменится состояние триггера 13. В результате закроется схема 12,.)

5 и откроется схема 12(-2), т.е. на выходе схемы ИЛИ 14 появятся импульсы с более высокой частотой f(v,-i), и т.д. Наконец, когда счетчик 15 отсчитает l(ц,) импульсов, изменится

0 состояние триггера 13(ц.-(), закроется схема 122, откроется схема 12 и на выходе схемы 14 появится максимальная частота f. . После этого двигатель 8 будет вращаться в устано5вившемся режиме на максимальной частоте.

По мере дальнейшего поступления импульсов на вычитающий вход счетчика, 3 число, записанное в счетчике

0 3;будет уменьшаться и, наконец, достигнет значения т,. В этот момент на выходе 4 появится импульс, который вновь переведет в нулевое состояние 7 риггер 13(. Состояние выходов триггера 13(4,,..) вновь изменится

5 на противоположное, вследствие чего закроется схема 12,, откроется схема 12-2: и на выходе схемы 14 появится более низкая частота f. При дальнейшем уменьшении числа в счетчике

0 3 до значения т импульс на выходе 42. сбросит триггер ), вследствие чего закроется схема 122, откроется схема 125 и частота вновь понизится до значения f«, и т.д. Нако5нец, когда в счетчике 3 останется наименьшее число П1(у,л , сбросится триггер 13yj , закроется схема 12(„.) и откроется схема 12.у, и в блок управления 7 будут поступать импульсы с наименьшей частотой f.

0

Когда счетчик 3 обнулится, т.е. закончится процесс дозирования, с выхода блока 2 в блок 7 будет подана команда на реверс двигателя 8. Одновременно будут поданы команды

5 на сброс на нуль счетчика 15 и на запрет вычитания счетчика 3 (эти связи на чертеже не показаны). Поступление же импульсов на вход счет чика 15 не прекращается, вследствие чего и после реверса будет осуществ ляться ступенчатый разгон двигателя до частоты f. После возврата плунжера дозирующего элемента 10 в исхо ное положение произойдет отключение генератора 5 и обнуление счетчиков 3, 15 и триггеров llj , ISj., . . ., 13(,. т.е. схема вернется в исходное состояние. Значения числа ступеней изменени частоты п , частот f , f/j,, . . . , f j чисе М 1 Чи--) m.m, . . . ,,) выбираются применительно к каждой конкретной схеме. Кроме того, число ступененй изменения частоты может быть неодинаковым для пуска и для торможения. В этом случае импульсы, поступающие от счетчика с меньшим числом выходов, осуществляют опрокидывание триггеров 13 не поодиночке, а группами. Поскольку в установившеся режиме шаговые двигатели могут устойчиво, т.е. без пропуска импульсов, работа на частотах , в 4-5 раз превышающих частоту приемистости, применение предлагаемого изобретения позволяет .примерно во столько же раз повысить производительность дозирующих устройств с шаговым приводом. Кроме то го, нарастающее или убывающее изменение частоты в переходных режимах повьшает точность отработки управляющих импульсов и, следовательно, точность дозирования.i Формула изобретения Устройство для автоматического дозирования-жидкостей, содержащее дозирующий элемент плунжерного типа шаговый двигатель и последовательно соединенные задатчик дозы, блок записи и считывания, выполненный на реверсивном счетчике, генератор импульсов и блок управления шаговым двигателем, отличающееся тем, что, с целью увеличения производительности при одновременном повышении точности, реверсивный счетчик блока записи и считывания выполнен с (И-1 выходами с последовательно убывающим итогом, а устройство снабжено блоком автоматического И-ступенчатого изменения скорости шагового двигателя, включенным между генератором импульсов и блоком управления шаговым двигателем и содержащим (и-1) делителей частоты, И схем И, (ц-1} триггеров, схему ИЛИ и счетчик импульсов, имеющий (ц-1) выходов с последовательно нарастающим итогом реверсивный счетчик блока записи и считывания выполнен с (и-1) выходэ 1и с последовательно убывающим итогом, причем делители частоты соединены последовательно и вход первого из них соединен с выходом генератора импульсов, первые входы схем И соединены в прямой последовательности соответственно с выходом генератора импульсов и выходами делителей частоты, вторые входы схем И, начиная с первой схемы, соединены в обратной последовательности с прямыми выходами триггеров, третьи входы схем И, начиная со второй схемы, соединены в обратной последовательности с инверсными выходами триггеров, выходы схем И соединены свходами схемы ИЛИ, выход которой соединен с входом блока управления Шаговым двигателем и с входом счетчика импульсов, выходы счетчика импульсов соединены в прямой последовательности с установочными входами триггеров, а выходы реверсивного счетчика блока записи и считывания соединены в обратной последовательности со сбросовыми входами триггеров, . Источники информации, приняГые во внимание при экспертизе 1.Megargle R. Marshal 1 I . А volumetric delivery or sampling system for mamial use or use with a time shared computer, Chemical Instrumentation, 1972, v. Ц, № 1. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2440494/10, кл. 6 01 F 13/00, 1977 (прототип).

Ут rttfepamopff f