CN101694491B - 用于多通道生化分析仪的微型液体流量分配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多通道生化分析仪的微型液体流量分配器，用于为多个液压消耗装置提供压力液。包括机座、多个流量可调的恒流阀单元以及一个安全阀单元，机座内设有进液口、回液口和恒流阀固定口，进液口位于机座左下方，并与多个流量可调的恒流阀进液口相连接；回液口位于机座左上方，并连接安全阀；安全阀设置在机座的左上角，多个流量可调的恒流阀分布在机座的两侧或四周；本发明用于多通道生化分析仪，克服了普通流量分配器中由于结构差异产生压力差异而引起的流量分配不均的问题，同时还解决了分配流量受液压负载影响的问题。各条支路的流量可根据预设的值稳定流走，不会由于某一条支路出现问题而影响到其他支路。

Description

用于多通道生化分析仪的微型液体流量分配器

技术领域

本发明涉及一种多通道生化分析仪器，具体涉及一种用于多通道生化分析仪器的微型液体流量分配装置。

背景技术

随着生化分析检测技术的快速发展，全自动多通道生化检测已经成为必然的趋势，尤其是应用于食品安全或生物医学等领域的快速检测。而在现有的多通道生化分析仪中，通常会根据检测通道数目，提供相应独立的液体流路，并且采用单独的蠕动泵(或计量泵)分别驱动各条液路。由于泵的大量使用，这就导致仪器高额的生产成本，以及分析仪器体积庞大，严重制约了全自动多通道生化分析仪的开发和应用。

目前，多通道生化分析仪的开发已经进入了一个瓶颈期，各个厂商采用的设计思路均是使用单个加样探针重复加样，这样能有效、等量的进行样品的加入。但是由于每个待测试剂均需加入等量的样品，多通道反应时效率就比较低下。流量分配的思路就能够有效地解决这一个问题，多个通道对于同种样品的加样可以一次完成，这就能数倍甚至数十倍的提高多通道生化分析仪的效率。

流量分配的思路来源于目前石油化工等大型工业反应装置中流量分配思想。在各种石油化工反应试验装置中采用流量分配器可以实现用一台液体输送泵代替多台进料泵对多套试验装置进行液体输送及流量控制，从而达到节省空间，减少能量浪费的目的。采用这样的思路，研制出用于生化分析仪的微型流量分配装置将有助于解决全自动多通道生化分析仪器中遇到的上述问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于多通道生化分析仪的微型液体流量分配器，它能够克服由于机构差异等因素导致的各支路压力不均产生的各条支路流量不均，实现各条负载液路的流量基本恒定而不受液压负载的影响同时可根据要求单独调节各条液路得流量。

本发明的技术方案为：一种用于多通道生化分析仪的微型液体流量分配器，包括机座、多个流量可调的恒流阀，安全阀，其中：

1)机座内设有进液口、回液口和恒流阀固定口，进液口位于机座左下方，并与多个流量可调的恒流阀进液口相连接；回液口位于机座左上方，并连接安全阀；安全阀设置在机座的左上角，多个流量可调的恒流阀分布在机座的两侧或四周；

2)流量可调的恒流阀包括阀座、阀芯、挡圈、弹簧、节流挡板、定位卡，阀座呈T型截面，其内部具有T型截面的空腔；阀芯下部外有凸缘，整个阀芯呈倒T型截面，其侧面开有节流槽；弹簧、阀芯、挡圈从下到上依次安装在阀座内，挡圈与阀座固定，阀芯与阀座相对滑动连接；节流槽是变截面槽；位于阀芯顶部的定位卡，用于限定阀芯在调节初始流量时的位置；阀座内的T型空腔为流量分配出口。

安全阀包括阀体、阀芯、上压板、调整螺钉、下压板、弹簧、钢球，上压板、弹簧、下压板、钢球、阀芯依次装在阀体内部，弹簧缠绕在上、下压板之间，上、下压板两端以及阀芯的上端均为曲面，下压板和阀芯之间装有一个钢球，阀芯底端面开有凹槽，并在凹槽内部嵌入有O型橡胶密封圈。

流量可调的恒流阀与机座的恒流阀固定口之间通过螺纹连接；并且在流量可调的恒流阀与机座的恒流阀固定口之间设有O形密封圈。

本发明的有效果是：本发明克服了现有流量分配器中由于结构差异的因素造成压力不均导致的各支路液流不等的技术问题；各支路的流量能够按照设定值稳定流出，而不会因为液压负载的大小而发生变化；单条液路流量可根据需求在一定的范围内进行连续调节。

附图说明

图1是本发明的主剖视图；

图2是流量可调的恒流阀的主剖视图；

图3是安全阀的主剖视图；

图4是流量Q与ΔP的对应曲线即该流量分配器某一出口的流量特性图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的用于多通道生化分析仪的微型液体流量分配器，包括机座1、多个流量可调的恒流阀，安全阀，其中：

(1)机座：包括进液口2、回液口3和恒流阀固定口；进液口2位于机座1左下方，经驱动泵驱动的液流从此口流入流量分配装置；回液口3于机座左上方，随着液体的不断泵入装置内的压力不断上升，当压力达到安全阀的开启压力之后，安全阀开启，大部分液体从回液口3流回贮液器；恒流阀固定口分布于装置的两侧，其内螺纹用于连接恒流阀；在进液口2和回液口3均有适合于直接与管路连接的螺纹、法兰、齿、扣；

(2)流量可调的恒流阀：包括恒流阀阀座4、恒流阀阀芯5、挡圈6、弹簧7、节流挡板8、定位卡9，恒流阀阀座4呈T型截面，其内部具有T型截面的空腔；恒流阀阀芯5下部外有凸缘，整个阀芯呈倒T型截面，其侧面开有节流槽11；弹簧7、恒流阀阀芯5、挡圈6从下到上依次安装在恒流阀阀座4内，挡圈6与恒流阀阀座4固定，恒流阀阀芯5与恒流阀阀座4可以相对滑动；恒流阀阀芯5与恒流阀阀座4相对滑动时，节流槽11的过流面积也发生相应的改变，所述的节流槽11是变截面槽；恒流阀阀座4上端攻有螺纹，可与机座1上的恒流阀固定口的内螺纹啮合；位于恒流阀阀芯5顶部的定位卡9用来限定恒流阀阀芯5在调节初始流量时的位置，避免恒流阀阀芯越过节流挡板；恒流阀阀座4内的T型空腔为流量分配出口12，该出口设有适合于直接与管路连接的螺纹、法兰、齿、扣；流量可调的恒流阀与机座1之间通过O形密封圈10密封。

(3)安全阀13：包括阀体13、阀芯14、上压板15、调整螺钉16、下压板17、弹簧18、钢球19，上压板15、弹簧18、下压板17、钢球19、阀芯14依次装在阀体内部，弹簧18缠绕在上、下压板15，17之间，上、下压板15，17两端以及阀芯14的上端均为曲面，下压板17和阀芯14之间装有一个钢球19，这样的设计能使压力小于阀芯开启压力时阀芯准确灵敏的回复原始位置，阀芯14底端面有凹槽，并在凹槽内部嵌入有O型橡胶密封圈20，调节螺钉16拧入机座1，通过调节其松紧课调节安全阀的开启压力。

安全阀在机座1的左上角，多个流量可调的恒流阀分布在机座1的两侧，如果有需要也可将多个流量可调的恒流阀均匀分布在机座1四周。进液口2位于机座1底部，多余的液体经各个恒流阀后顶开安全阀通过回液口3流回贮液罐。

使用时，首先调节恒流阀到关的位置，然后在驱动泵的作用下由进液口2泵入液体，液体进入到流量分配器，随着液体的不断泵入，流量分配器内的压力不断上升，当压力达到安全阀的开启压力之后液体由回液口3流回贮液罐，此时流量分配器内的压力基本恒定在安全阀的开启压力。接着拧动恒流阀，将其调节到一定的开度，之后就可以从恒流阀内流出恒定流量的液体，这个流量不会因为液压负载的变化而产生变化。

如图2所示，为流量分配器的流量可调的恒流阀单元。其中，P1的大小为安全阀的开启压力，P2为液压负载的压力，S为恒流阀阀芯5的面积。

按照薄壁小孔流量计算有：

$Q=\mathrm{CA}\sqrt{2\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}}---\left(1\right)$

其中Q为通过薄壁小孔的流量；

C为流量系数，与雷诺数Re有关；当液体为层流时，C随Re增加而增大；当液流处于紊流时，C与Re无关，近似常数；

A为节流槽11液体流过的有效面积；

ΔP为流量分配器内部压力与负载液压的差值ΔP＝P1-P2；

ρ为液流密度；

设弹簧7的劲度系数为k；x₀为弹簧7初始形变量；Δx为ΔP作用下达到新平衡状态弹簧7的形变量；忽略摩擦力，在ΔP的作用下的平衡方程为：

ΔPS＝k(x₀+Δx)             (2)

求解方程(2)得：

$\mathrm{\Δx}=\frac{\mathrm{\ΔPS}-k{x}_0}{k}=\frac{\mathrm{\ΔPS}}{k}-x_0$

恒流阀芯5移动Δx的距离，节流槽11的有效面积随着发生改变，其变化规律通过建模获得：

$\mathrm{\ΔA}=f\left(\mathrm{\Δx}\right)=f(\frac{\mathrm{\ΔPS}}{k}-x_0)---\left(3\right)$

将方程(3)代入方程(1)后得：

$Q=C(A_0-\mathrm{\ΔA})\sqrt{2\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}}=C(A_0-f\left(\mathrm{\Δx}\right))\sqrt{2\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}}=C(A_0-f(\frac{\mathrm{\ΔPS}}{k}-x_0))\sqrt{2\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}}$

其中A₀为节流槽11的初始有效面积；

如图4所示，通过建模的方式得出当ΔA的变化规律，流量Q在一定的ΔP范围内基本保持不变，即图中的AB段所示。图中的BC的意义是当流量分配器内部压力比液压负载压力大到一定程度时，节流槽全部关闭，因而流量Q迅速降为零。通过控制ΔP的值即可使从恒流阀流出的流量基本恒定而不随液压负载发生变化。

如图3所示为流量分配器的安全阀单元，其作用在于为流量分配器的工作腔内提供一个相对恒定和稳定的压力，也就是稳定了P1的值，在这样的条件下ΔP的值就只与液压负载的压力P2相关，减少分析的繁琐程度。另外由于安全阀阀芯14和钢球19是点接触，这就能避免各种阻尼，同时还能自动定心，使回座准确灵敏。同时O型圈20增大密封程度以及受压面积，所以阀芯14开启速度快。

Claims (1)

1.一种用于多通道生化分析仪的微型液体流量分配器，包括机座(1)、多个流量可调的恒流阀，安全阀，其特征在于：

1)机座(1)内设有进液口(2)、回液口(3)和恒流阀固定口，进液口(2)位于机座(1)左下方，并与多个流量可调的恒流阀进液口相连接；回液口(3)位于机座(1)左上方，并连接安全阀；安全阀设置在机座(1)的左上角，多个流量可调的恒流阀分布在机座(1)的两侧或四周；

2)流量可调的恒流阀包括恒流阀阀座(4)、恒流阀阀芯(5)、挡圈(6)、弹簧(7)、节流挡板(8)、定位卡(9)，恒流阀阀座(4)呈T型截面，其内部具有T型截面的空腔；恒流阀阀芯(5)下部外有凸缘，整个阀芯呈倒T型截面，其侧面开有节流槽(11)；弹簧(7)、恒流阀阀芯(5)、挡圈(6)从下到上依次安装在恒流阀阀座(4)内，挡圈(6)与恒流阀阀座(4)固定，恒流阀阀芯(5)与恒流阀阀座(4)相对滑动连接；节流槽(11)是变截面槽；位于恒流阀阀芯(5)顶部的定位卡(9)，用于限定恒流阀阀芯(5)在调节初始流量时的位置，避免恒流阀阀芯(5)越过节流挡板(8)；恒流阀阀座(4)内的T型空腔为流量分配出口(12)；所述安全阀包括阀体(13)、阀芯(14)、上压板(15)、调整螺钉(16)、下压板(17)、弹簧(18)、钢球(19)，其中，上压板(15)、弹簧(18)、下压板(17)、钢球(19)、阀芯(14)依次装在阀体(13)内部，弹簧(18)缠绕在上、下压板(15，17)之间，上、下压板(15，17)两端以及阀芯(14)的上端均为曲面，下压板(17)和阀芯(14)之间装有一个钢球(19)，阀芯(14)底端面开有凹槽，并在凹槽内部嵌入有O型橡胶密封圈(20)；所述流量可调的恒流阀与机座(1)的恒流阀固定口之间通过螺纹连接，并且在流量可调的恒流阀与机座(1)的恒流阀固定口之间设有O形密封圈(10)。

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