CN102879062A - 多柱塞并联式液体微小流量标准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多柱塞并联式液体微小流量标准装置。结构相同的四套柱塞装置安装在底座上；柱塞装置中的减速机安装在后端板上，分别与步进电机、联轴器连接；底板上安装有导轨，导轨连接板安装在导轨上，柱塞和滚珠丝杆固定在导轨连接板上；限位板上的接近开关与可编程逻辑控制器的输入端连接；光栅尺安装在底板右侧随柱塞一起运动；柱塞缸底部入水口通过气控阀和汇管与恒温水箱连接。本发明利用光栅尺测量柱塞的运动距离，将位置信号反馈给控制系统，根据柱塞运动距离和时间计算出流量值；控制系统能够控制柱塞的运动速度、时间，达到对微小液体流量计量。本发明采用并联柱塞结构，四套柱塞装置量程相互衔接，根据计量工作要求扩展测量上下限。

Description

多柱塞并联式液体微小流量标准装置

技术领域

本发明涉及一种液体微小流量标准装置，尤其是涉及一种多柱塞并联式液体微小流量标准装置。

背景技术

在MEMS技术、生物化工等行业蓬勃发展的今天，液体流量测量正逐步向低端延伸，许许多多的科研院所展开了微小流量测量方面的研究工作。液体质量微流量计在测量微流量方面也是不可或缺的工具。同时随着医疗装备的不断更新，输液泵检测仪的大量使用，微小流量计量正成为现代工业、医药领域急需的计量技术，是工业和医疗器械不断发展的保证。

但是背景技术存在以下不足：

1.没有完善、简单可靠、操作方便的液体微小流量计量标准装置可以进行实际计量检定工作；

2.如何保证在大量程比下保证装置的精度、效率。

发明内容

针对背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种多柱塞并联式液体微小流量标准装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括结构相同的四套柱塞装置、底座、两个支撑脚、五个气控阀、汇管和恒温水箱；四套柱塞装置平行固定安装在底座上，底座前端有两个支撑脚，每套柱塞装置的柱塞缸分别经各自的不锈钢管和各自的气控阀后分别接汇管的出水口，恒温水箱经三通接头、软管、第五气控阀与接汇管的入水口。

所述每套柱塞装置中的减速机的一端安装在后端板上，减速机的另一端与步进电机相连，减速机转轴穿过后端板后与联轴器的一端连接；滚珠丝杆的一端经轴承座、锁紧螺母与联轴器的另一端连接，滚珠丝杆的另一端经滚珠螺母后伸入在柱塞一端孔内成自由状态，底板上安装有两条导轨，两条导轨上装有导轨连接板，柱塞的一端与滚珠丝杆上的滚珠螺母连接，并与导轨连接板固定；柱塞的另一端穿过前端板经旋紧螺母与柱塞缸底面密封配合；柱塞缸底部入水口接气控阀与汇管出水口连接，前端板和后端板上盖有限位板，限位板上装有两个接近开关，两个接近开关与可编程逻辑控制器的输入端连接；光栅尺中的光栅读数头安装在底板侧面，光栅尺的标尺光栅与导轨连接板连接。

所述底座靠近柱塞缸的一侧装有两个支撑脚，使底座与水平面具有6°～15°向上的倾斜角度；柱塞缸与柱塞之间通过旋紧螺母和柱塞缸夹紧O型圈密封。

与背景技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明是一套完善的计量检定系统，能对微小流量范围在0.1mL/h~1000mL/h内的质量流量计、输液泵检测仪、浮子流量计等进行检定校准。

2.本发明在标准装置总量程比为10000:1的情况下，将每套柱塞装置的量程比设计为10:1，在量程上彼此衔接，保证了大量程比下检定装置的工作精度、效率。装置的扩展不确定为：在0.1mL/h~10mL/h范围内，U=2%，在10mL/h~1000mL/h范围内，U=0.5%（k=2）。

3.标准装置可根据计量工作要求，通过增加相应的柱塞装置来扩展测量上下限。

4.本发明具有操作简单，安装方便，工作可靠，适用于液体微小流量检定。

附图说明

图1是本发明的整体结构俯视图。

图2是本发明的四套柱塞装置的主视图。

图3是柱塞装置的立体图。

图4是柱塞装置的剖视图。

图5是光栅尺的示意图。

图6是图4中A的局部放大图。

图7是柱塞缸的示意图。

图8是本发明的等轴侧视图。

图中：1、恒温水箱，2、软管，3、气控阀，4、汇管，5、气控阀，6、不锈钢管，7、底座，8、支撑脚，9、柱塞缸，10、旋紧螺母，11、O型圈，12、前端板，13、底板，14、导轨，15、滑块，16、柱塞，17、导轨连接板，18、滚珠丝杆，19、滚珠螺母，20、轴承座，21、锁紧螺母，22、后端板，23、减速机，24、步进电机，25、光栅尺，26、标尺光栅，27、光栅读数头，28、限位板，29、接近开关，30、四套柱塞装置，31联轴器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1、2、8所示，本发明包括结构相同的四套柱塞装置30、底座7、两个支撑脚8、五个气控阀、汇管4（具有进水口和出水口的储水槽）和恒温水箱1；四套柱塞装置30平行固定安装在底座7上，底座7前端有两个支撑脚8，每套柱塞装置的柱塞缸9分别经各自的不锈钢管6和各自的气控阀5后分别接汇管4的出水口，恒温水箱1经三通接头、软管2、气控阀3与接汇管4的入水口。

如图2、3、4、5所示，所述每套柱塞装置中的减速机23的一端安装在后端板22上，减速机23的另一端与步进电机24相连，减速机23转轴穿过后端板22后与联轴器31的一端连接；滚珠丝杆18的一端经轴承座20、锁紧螺母21与联轴器31的另一端连接，滚珠丝杆18的另一端经滚珠螺母19后伸入在柱塞16一端孔内成自由状态，底板13上安装有两条导轨14，两条导轨14上装有导轨连接板17，柱塞16的一端与滚珠丝杆18上的滚珠螺母19连接，并与导轨连接板17固定；导轨连接板17的顶部两侧各有8个沉孔，分别与一对滑块15配合连接，滑块15安装在两根平行的导轨14上；导轨14保证了柱塞16运动的平稳性和柱塞16与柱塞缸9的同轴度；柱塞16的另一端穿过前端板12经旋紧螺母10与柱塞缸9底面密封配合；须保证柱塞缸9和旋紧螺母10、前端板12的中心孔在同一轴线上；柱塞缸9底部入水口接气控阀5与汇管4出水口连接，前端板12和后端板22上盖有限位板28，限位板28上装有两个接近开关29，两个接近开关29与可编程逻辑控制器的输入端连接；光栅尺25中的光栅读数头27安装在底板13侧面，光栅尺25的标尺光栅26与导轨连接板17连接。须保证光栅读数头27、标尺光栅26、导轨连接板17在同一平面。

所述的底板13前后都有凹槽，分别与前端板12、后端板22配合固定，用于确保两块端板安装的位置正确。同时须保证步进电机24、减速机23、联轴器31、滚珠丝杆18在同一轴线上。

光栅尺25与柱塞16一起运动，同时将位置信号实时地反馈给控制系统。控制系统可以根据采集光栅尺25传回的信号，精确测量柱塞运动位移量。

所述底座7靠近柱塞缸9的一侧装有两个支撑脚8，使底座7与水平面具有6°～15°向上的倾斜角度，柱塞缸9的出水孔在柱塞缸9内圆的最上端，这样保证了当柱塞缸9充满液体时，即使液体内有气泡也将被顺利排出。柱塞缸9与柱塞16之间通过旋紧螺母10和柱塞缸9配合夹紧O型圈11密封；四套柱塞装置并联连接入水出水管路，量程相互衔接，可根据工作要求扩展测量上下限。

如图1~7所示，本发明的工作过程是：

工作时控制系统根据计量要求，按照柱塞的工作原理和流量公式即                                               

，式中：

是体积流量瞬时量（mL/h），

是体积量（mL），

是时间（s），

是柱塞直径（cm），是光栅尺位移量（cm）。依据四套柱塞装置不同的滚珠丝杆18的行程和柱塞16的直径，自动选择并联四路通道中的其中一路来完成计量要求。检定开始后打开气控阀3、气控阀5，恒温水箱内1的20℃水在压力作用下流经软管2、汇管4、不锈钢管6后，从柱塞缸9底部流入；待液体充满柱塞缸9后，关闭气控阀3、气控阀5，以柱塞16作为重要计量标准，标准装置通过驱动步进电机24来产生流量稳定、连续可调的水流；柱塞16的运动使导轨连接板17和光栅尺25产生位移；柱塞16与光栅尺25联合形成测量系统，光栅尺25将柱塞16的位移信息实时地反馈给控制系统（由PLC和上位机组成）；控制系统经过计算后得到装置的实时流量值。在整个检定过程中，限位板28上的两个接近开关29与可编程逻辑控制器的输入端连接，用于确保导轨连接板17的起始和终止位置符合检定要求，即导轨连接板17从起始位置处开始进行检定，检定结束时导轨连接板17的位置不会超过终止位置，以免碰撞前端板12。

Claims (3)

1.一种多柱塞并联式液体微小流量标准装置，其特征在于：包括结构相同的四套柱塞装置、底座（7）、两个支撑脚（8）、五个气控阀、汇管（4）和恒温水箱（1）；四套柱塞装置（30）平行固定安装在底座（7）上，底座（7）前端有两个支撑脚（8），每套柱塞装置的柱塞缸分别经各自的不锈钢管和各自的气控阀后分别接汇管（4）的出水口，恒温水箱（1）经三通接头、软管（2）、第五气控阀（3）与接汇管（4）的入水口。

2.根据权利要求1所述的一种多柱塞并联式液体微小流量标准装置，其特征在于：所述每套柱塞装置中的减速机（23）的一端安装在后端板（22）上，减速机（23）的另一端与步进电机（24）相连，减速机（23）转轴穿过后端板（22）后与联轴器（31）的一端连接；滚珠丝杆（18）的一端经轴承座（20）、锁紧螺母（21）与联轴器（31）的另一端连接，滚珠丝杆（18）的另一端经滚珠螺母（19）后伸入在柱塞（16）一端孔内成自由状态，底板（13）上安装有两条导轨（14），两条导轨（14）上装有导轨连接板（17），柱塞（16）的一端与滚珠丝杆（18）上的滚珠螺母（19）连接，并与导轨连接板（17）固定；柱塞（16）的另一端穿过前端板（12）经旋紧螺母（10）与柱塞缸（9）底面密封配合；柱塞缸（9）底部入水口接气控阀与汇管出水口连接，前端板（12）和后端板（22）上盖有限位板（28），限位板（28）上装有两个接近开关，两个接近开关与可编程逻辑控制器的输入端连接；光栅尺（25）中的光栅读数头（27）安装在底板（13）侧面，光栅尺（25）的标尺光栅（26）与导轨连接板（17）连接。

3.根据权利要求1所述的一种多柱塞并联式液体微小流量标准装置，其特征在于：所述底座（7）靠近柱塞缸（9）的一侧装有两个支撑脚（8），使底座（7）与水平面具有6°～15°向上的倾斜角度；柱塞缸（9）与柱塞（16）之间通过旋紧螺母（10）和柱塞缸（9）夹紧O型圈（11）密封。

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