CN101244371A - 一种精确溶液配比装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精确溶液配比装置，属于溶液配比装置。泵送稀释液的压电泵的输出端与主动阀的进口连接、该主动阀的出口与泵送样液的膜片式容腔的一端连接，电控单元与压电泵、主动阀和膜片式容腔相连接。优点在于控制精度高、分辨率高、结构简单可靠、体积小且易于集成、稀释比例可变范围大。

Description

一种精确溶液配比装置

技术领域

本发明涉及一种精确溶液配比装置，尤其涉及一种采用压电泵、膜片式容腔以及主动阀组成的溶液配比装置，属于精密流体控制技术领域。

背景技术

目前，用于精确溶液配比的装置中，多采用电机加活塞的方式进行液体的吸取与排出。如专利“比例可变稀释器”(200520028891.8)中采用两个直线步进电机直接驱动大小活塞，实现溶剂稀释液与样液的吸取与排出。若电机行程相同，活塞面积之比为稀释液与样液的体积之比；另外可通过电机行程的调节实现液体的变比例稀释。此种溶液配比装置一般包括2个单向阀(或电磁阀)、2个步进电机(或1旋转个电机+曲柄连杆机构)、2个活塞及缸体、连接管路等部分，因此该装置体积大、结构复杂、环节多，对加工制造水平要求高，不易保证其可靠性。另外，仪器装置的发展趋势为小型化、集成化，采用电机加活塞的方式无法满足仪器装置小型化、高可靠性、高精度的发展要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的精确溶液配比装置，以解决目前已有溶液配比装置存在的精度及分辨率低、结构复杂、体积大等问题。

本发明采取的技术方案是：

泵送稀释液的压电泵的输出端与主动阀的进口连接、该主动阀的出口与泵送样液的膜片式容腔的一端连接，电控单元与压电泵、主动阀和膜片式容腔相连接。采用压电泵作为稀释剂的精确流体控制元件，代替电机与活塞组成的稀释剂注射器式流体控制元件；利用膜片式容腔进行样液的定量吸取，取代电机加活塞式吸取方式；压电泵与膜片式容腔间采用主动阀代替被动阀。

本发明一个实施方案中，压电泵采用单腔或多腔体结构，并以串联、并联或者混联方式相连接。

本发明一个实施方案中，膜片式容腔采用单膜片或多膜片来构造，进行容腔体积变化量的控制。膜片式容腔的膜片可采用压电元件、电致伸缩元件、磁致伸缩元件、电致聚合物或者电磁马达。总的体积变化量为各个振子形成的容腔体积变化量之和；其中压电元件为圆形结构，周边固支或简支。

本发明一个实施方案中，主动阀可采用压电驱动方式，利用压电振子变形控制阀口开度，进而控制流体流动，或采用电致伸缩材料、磁致伸缩材料、电致聚合物或者电磁马达。

本发明一个实施方案中，压电材料形成的驱动元件为圆形结构。

本发明一个实施方案中，采用常闭方式，在系统掉电的情况下为关闭状态。

本发明压电式精确溶液配比装置由于采用上述技术方案，不仅克服了现有技术存在的缺点，并且具有以下优点：

1、本发明压电式精确溶液配比装置采用压电泵作为稀释剂的精确流体控制元件，代替电机与活塞组成稀释剂注射器式流体控制元件，整个装置的泵送装置结构大为简化，体积与重量大大减小；

2、本发明压电式精确溶液配比装置可采用压电式主动阀，利用压电振子的弯曲变形与阀口结合进行流道打开与关闭控制，无机械摩擦、结构简单、其扁平结构利于系统的小型化、集成化；

3、本发明压电式精确溶液配比装置利用压电振子形状变化形成容腔容积变化进行样液的定量吸取，无机械摩擦，因而结构简单可靠、耐久寿命长；利用压电振子极高分辨率的弹性变形实现容腔体积的高精度控制，大大提高了样液吸取量的控制精度。

4、本发明压电式精确溶液配比装置中泵、阀、吸液容腔均可采用压电振子作为驱动元件，提高泵送精度的同时，简化了系统结构组成；所采用的压电振子均为片式弯曲型压电振子，采用层状结构可实现三者的集成化、一体化结构设计；可以通过控制压电泵输入电压波形的个数实现流体的精确泵送，控制波形个数的多少实现稀释剂任意体积的泵送，最大限度的提高了稀释比例的可变范围，亦可通过泵送时间的长短进行泵送量的控制。

附图说明

图1a是本发明的结构组成原理框图；

图1b是本发明工作原理图；

图2a是本发明压电式精确溶液配比装置操作过程示意图，图中为吸取样液；

图2b是本发明压电式精确溶液配比装置操作过程示意图，图中为将吸取的稀释液泵入样液的杯中；

图3是本发明单腔压电泵结构示意图；

图4是本发明两腔串联压电泵结构示意图；

图5是本发明两腔并联结构示意图；

图6是本发明压电式主动阀结构示意图；

图7是本发明电磁马达驱动主动阀示意图；

图8是本发明单振子压电式容腔结构示意图；

图9是本发明电磁马达式容腔结构示意图；

图10是本发明两振子压电式容腔结构示意图；

图11是本发明压电式精确溶液配比装置单腔泵、压电式主动阀、单压电振子容腔结构示意图；

图12是本发明压电式精确溶液配比装置两腔串联泵、压电式主动阀、单电磁马达式容腔结构示意图；

图13是本发明压电式精确溶液配比装置两腔并联泵、电磁马达驱动主动阀、两压电振子容腔结构示意图；

图14是本发明压电式精确溶液配比装置集成结构示意图。

具体实施方式

参照图1，泵送稀释液的压电泵5的输出端与主动阀4的进口连接、该主动阀的出口与泵送样液的膜片式容腔3的一端连接，电控单元与该压电泵、主动阀和膜片式容腔相连接。

膜片式容腔3在电控信号的作用下容腔体积发生变化，通过吸针2实现样液的吸取；主动阀4的作用是切断压电式容腔3的入口端，防止膜片式容腔3工作时稀释剂6经压电泵5、主动阀4进入膜片式容腔3；压电泵5将稀释剂6经主动阀4、膜片式容腔3、吸针2泵出，将吸针2吸入的样液冲入混合容器中进行稀释；电控单元1接受输入控制指令，对精确溶液配比装置进行驱动与控制。

参照图2，本发明精确溶液配比装置稀释过程可分为a、b两个步骤。步骤a为吸取样液过程，主动阀4关闭，膜片式容腔3在控制器1输出的控制信号作用下，容腔体积增大，形成负压，实现样液7的吸取；步骤b为稀释过程，主动阀4开启，压电泵5在控制器1的输出信号控制下开始工作，根据设定的控制波形个数的多少或者泵送时间的长短进行稀释剂6泵出量的控制，稀释剂6将吸针内的样液7冲入盛装混合液8的容器，完成溶液的稀释过程。

参照图3，压电振子503与单向阀502a、单向阀502b、泵体504形成单腔体压电泵，液体由入口501进入、由出口505泵出。

参照图4，压电振子503’a与单向阀502’a、单向阀502’b、泵体504’形成单腔体压电泵；压电振子503’b与单向阀502’b、单向阀502’c、泵体504’形成单腔体压电泵。二者共用单向阀502’b，形成两腔串联压电泵。液体由入口501’进入、由出口505’泵出。

参照图5，压电振子503”a与单向阀502”a、单向阀502”b、泵体504”形成单腔体压电泵，压电振子503”b与单向阀502”c、单向阀502”d、泵体504”形成单腔体压电泵；单向阀502”a与单向阀502”d入口相连通，单向阀502”b与单向阀502”c出口相连通，形成两腔并联压电泵。液体由入口501”进入、由出口505”泵出。

参照图6，压电振子402与阀口403、阀体404配合形成压电式主动阀。该阀为常闭式主动阀，未施加控制信号或者断电时该阀为关闭状态；施加控制信号时，压电振子402弯曲，中心向上移动，此时该阀处于打开状态，液体在压电泵5的作用下由入口401流至出口405。该阀亦可为常开式，施加控制信号时，压电振子402弯曲，中心向下移动，此时该阀处于关闭状态；未施加控制信号或者断电时该阀为打开状态，液体在压电泵5的作用下由入口401流至出口405。

参照图7，电磁马达406控制阀口403’的打开与关闭，401’和405’分别为阀的入口与出口。

参照图8，压电振子302与腔体303形成单振子压电式容腔。压电振子302在控制信号作用下向上弯曲，容腔304的体积增大，形成负压，将样液吸入容腔304。此时压电式主动阀为关闭状态，入口301关闭，样液经通道305进入容腔304，实现样液的吸入。

参照图9，膜片307与腔体303’形成单膜片式容腔。电磁马达306在控制信号作用下带动膜片307产生向上弯曲，容腔304’的体积增大，形成负压，将样液吸入容腔304’。此时主动阀为关闭状态，入口301’关闭，样液经通道305’进入容腔304’，实现样液的吸入。

参照图10，压电振子302”a、压电振子302”b与腔体304”形成两振子压电式容腔。压电振子302”a在控制信号作用下向下弯曲、压电振子302”b在控制信号作用下向上弯曲，容腔304”的体积增大，形成负压，将样液吸入容腔304”。此时主动阀为关闭状态，入口301”关闭，样液经通道305”进入容腔304”，实现样液的吸入。

实施例1其中压电泵采用单腔体结构、膜片式容腔采用单压电振子结构、主动阀采用压电振子驱动式主动阀。

参照图11，单腔体压电泵5a为本发明压电式精确溶液配比装置的泵送单元；单压电振子容腔3a为样液吸取单元；压电式主动阀4a为中间阀控单元；容腔3a出口与吸针2相连。

实施例2其中压电泵采用两腔体串联结构、膜片式容腔采用电磁马达驱动式单膜片结构、主动阀采用压电振子驱动式主动阀。

参照图12，两腔体串联压电泵5b为本发明压电式精确溶液配比装置的泵送单元；容腔3b为样液吸取单元；压电式主动阀4a为中间阀控单元；单膜片容腔3b出口与吸针2相连。

实施例3其中压电泵采用两腔体并联结构、压电式容腔采用两振子结构、主动阀采用电磁马达驱动式主动阀。

参照图13，两腔体串联压电泵5c为本发明压电式精确溶液配比装置的泵送单元；两振子容腔3c为样液吸取单元；电磁马达驱动式主动阀4c为中间阀控单元；两振子容腔3c出口与吸针2相连。

实施例4其中压电泵、压电式主动阀、压电式容腔采用层叠型结构，形成集成式一体化结构。

参照图14，两腔体并联压电泵5d、压电式主动阀4d、两振子压电式容腔3d三部分采用层叠型结构集成在一起，所形成压电式精确溶液配比一体化装置的入口9与稀释剂6相连通，出口10与吸针2相连接。

Claims (8)

1、一种精确溶液配比装置，其特征在于：泵送稀释液的压电泵的输出端与主动阀的进口连接、该主动阀的出口与泵送样液的膜片式容腔的一端连接，电控单元与压电泵、主动阀和膜片式容腔相连接。

2、根据权利要求1所述的精确溶液配比装置，其特征在于：压电泵采用单腔或多腔体结构，并以串联、并联或者混联方式相连接。

3、根据权利要求1所述的精确溶液配比装置，其特征在于：膜片式容腔采用单膜片或多膜片来构造。

4、根据权利要求3所述的精确溶液配比装置，其特征在于：膜片式容腔的膜片可采用压电元件、电致伸缩元件、磁致伸缩元件、电致聚合物或者电磁马达。

5、根据权利要求4所述的精确溶液配比装置，其特征在于：压电元件为圆形结构，周边固支或简支。

6、根据权利要求1所述的精确溶液配比装置，其特征在于：主动阀可采用压电材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料、电致聚合物或者电磁马达。

7、根据权利要求6所述的精确溶液配比装置，其特征在于：压电材料形成的驱动元件为圆形结构。

8、根据权利要求7所述的精确溶液配比装置，其特征在于：采用常闭方式，在系统掉电的情况下为关闭状态。

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