CN103244390A - 一种计量泵 - Google Patents

Abstract

一种计量泵，设置有泵体、框架、驱动电机、传动机构和控制机构；泵体与框架固定连接；泵体设置有阀腔、弹性隔膜片及电磁阀；传动机构两端与驱动机构和弹性隔膜片连接；控制机构设有表征单元、探测单元和处理单元，探测单元与表征单元连接，探测单元与处理单元连接，处理单元的输出端与电磁阀连接。传动机构设有偏心轮和传动轴；偏心轮固定装配于驱动电机的电机轴，传动轴一端与弹性隔膜片固定连接，传动轴另一端活动装配于偏心轴。表征单元设置为转子圆盘或者感应片。该计量泵精度高，能够精确控制透析液的吸入量与排出量。

Description

一种计量泵

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种透析机用隔膜式计量泵。 

背景技术

血液透析是治疗各种急、慢性肾衰竭疾病的最有效方式之一，通过进行血液透析，可以适当延长患者的寿命。血液透析技术已经相对成熟，而进一步提高血液透析的质量成为肾衰竭患者治疗的发展方向之一。

进行血液透析通常采用透析机、透析器及相应的连接管路进行，在透析器内动脉血液、透析液分别进入透析器中。在透析器内透析液的流动方向与血液流动方向相反，血液和透析液在渗透压和透析液的压力作用下，血液中的毒素和水分进行交换，含有毒素的透析液从透析液出液管排出，透析过的血液重新输送至人体血管。在透析过程中，需要通过泵将浓缩液泵入管路中并通过超滤泵精确泵出所需的超滤量。为了确保透析治疗效果，需要确保超滤量精确，此外还需要透析液的浓度稳定且刚好与正常人体血液的浓度一致。故进出透析器内液体的浓度及超滤量直接影响治疗效果。透析液浓度的配置以及超滤量通常是采用计量泵来控制的，因此,需要泵体能够精确控制浓缩液量的吸入与排出以及超滤量。

由于透析机运行过程中对超滤量以及透析液浓度的精度要求较高，故对泵的精度要求也很高。现有技术中的计量泵通常采用单向阀控制液体在泵中的输入与流出，由于单向阀打开与关闭时压力都存在一个阈值，只有液体压力大于此阈值时整个系统中单向阀的作用才能有效发挥，当液体压力小于单向阀阈值时，单向阀处会出现漏液或倒流现象，最终会影响整个装置对液体吸入量与排出量的精确控制，从而影响透析机的治疗效果。

因此，针对现有技术不足，提供一种在透析机工作时能够精确控制超滤量以及浓缩液量的吸入与排出的计量泵及以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种计量泵，该计量泵具有精度高的特点，能够精确控制超滤量以及浓缩液量的吸入与排出。    

本发明的目的通过以下技术措施实现。

一种计量泵，设置有泵体、框架、驱动机构、传动机构和控制机构；

所述驱动机构、所述传动机构和所述控制机构装配于所述框架，所述泵体与所述框架固定连接；

所述泵体设置有阀腔、设置于所述阀腔内的弹性隔膜片及控制液体输入与排出的电磁阀；

所述传动机构两端分别与所述驱动机构和所述弹性隔膜片连接；

所述控制机构设置有表征单元、探测单元和处理单元，所述表征单元设置于所述传动机构，所述探测单元与所述表征单元连接，所述探测单元的输出端与所述处理单元的输入端连接，所述处理单元的输出端与所述电磁阀连接。

上述驱动机构设置有驱动电机；

所述传动机构设置有偏心轮和传动轴；

所述驱动电机装配于所述框架，所述偏心轮固定装配于所述驱动电机的电机轴，所述偏心轮设置有偏心轴，所述传动轴一端与所述弹性隔膜片固定连接，所述传动轴另一端活动装配于所述偏心轴。

上述表征单元设置为转子圆盘，所述转子圆盘固定装配于所述电机轴且所述转子圆盘设置于所述偏心轮外侧；

所述转子圆盘设置有两个规格面积大小不相同的凸轮，两个所述凸轮呈对称方式分布设置于所述转子圆盘。

所述两个凸轮的其中一条边沿之间的连线L过所述转子圆盘的中心点M。

另一优选的，上述表征单元设置为一感应片，所述感应片固定设置于所述传动轴，所述感应片设置有第一缺口和第二缺口，所述第一缺口的长度H小于所述第二人缺口的长度L，所述第一缺口与所述第二缺口之间的距离S小于所述弹性隔膜片在所述传动轴驱动下单向移动的距离。

上述探测单元设置为位置传感器，所述位置传感器固定设置于所述框架。

上述位置传感器设置有信号发生器，所述信号发生器设置有发送端和接收端，所述表征单元位于所述发送端与所述接收端之间；

所述位置传感器的输出端与所述处理单元的输入端连接。

上述处理单元采用型号为LM3S2276的芯片。

上述泵体还设置有入液口、排液口和电磁阀，所述电磁阀包括入液口电磁阀和出液口电磁阀,所述入液口通过软管与所述入液口电磁阀连接，所述出液口通过软管与所述出液口电磁阀连接。

上述驱动电机设置为步进电机。

本发明的一种计量泵，设置有泵体、框架、驱动电机、传动机构和控制机构；所述驱动机构、所述传动机构和所述控制机构装配于所述框架，所述泵体与所述框架固定连接；所述泵体设置有阀腔、设置于所述阀腔内的弹性隔膜片及控制液体输入与排出的电磁阀；所述传动机构两端分别与所述驱动机构和所述弹性隔膜片连接；所述控制机构设置有表征单元、探测单元和处理单元，所述表征单元设置于所述传动机构，所述探测单元与所述表征单元连接，所述探测单元的输出端与所述处理单元的输入端连接，所述处理单元的输出端与所述电磁阀连接。该计量泵通过电磁阀控制液体的输入与排出，并通过控制机构的表征单元对电机位置进行表征，通过探测单元进行探测，并通过处理单元进行处理，由处理单元输出控制信号至电磁阀，故该计量泵精度高，能够精确控制超滤量以及浓缩液量的吸入与排出。  

附图说明

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种计量泵实施例1的结构示意图；

图2是图1的一种计量泵另一角度示意图；

图3是本发明一种计量泵的转子圆盘的结构示意图；

图4是本发明一种计量泵的转子圆盘转动时位置传感器在一个周期内的波形示意图；

图5是本发明一种计量泵实施例2的结构示意图；

图6是图5的一种计量泵另一角度示意图；

图7是图5的分解示意图。

图8是本发明一种计量泵实施例2的控制机构部分的结构示意图；

图9是把发明实施例2的感应片的剖视图。

在图1至图9中，包括：

泵体100、

电磁阀110、入液电磁阀111、排液电磁阀112、

入液口120、排液口130、框架200、

驱动电机310、电机轴320、

偏心轮410、传动轴420、

转子圆盘510 、凸轮511、

位置传感器610、发送端611、接收端612、

处理单元700、

感应片800、

第一缺口810、第二缺口820。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1。 

一种计量泵，如图1至图3所示，设置有泵体100、框架200、驱动机构、传动机构和控制机构。框架200用于支撑及放置其它部件，驱动机构、传动机构和控制机构均装配于框架200，泵体100与框架200固定连接。

泵体100设置有阀腔、设置于阀腔内的弹性隔膜片及控制流道内液体输入与排出的电磁阀110。具体的，泵体100设置有入液口120、排液口130，电磁阀110包括可控制进液的入液电磁阀111和控制液体排出的排液电磁阀112。入液口120与入液电磁阀111之间通过软管连接，排液口120与排液电磁阀112之间通过软管连接。入液电磁阀131和排液电磁阀132分别控制入液通道、排液通道的开关。

弹性隔膜片为塑料或者塑胶弹性隔膜片。阀腔、电磁阀110为本领域公知常识，在此不再赘述。通过弹性隔膜片的移动控制泵体流道内的压力大小，从而决定液体是进入泵体100还是从泵体100中排出。

传动机构两端分别与驱动机构和弹性隔膜片连接，这样，传动机构通过驱动机构的作用，将带动传动机构驱动弹性隔膜片在阀腔内移动，使得泵体100内的压力逐渐增大或者逐渐减小，从而使得电磁阀110相应打开或者闭合以控制液体排出或者输入至泵体100。

由于在进行血液透析中，需要精确控制液体输入或排出的量，故该计量泵还设置有控制机构以精确控制液体流量。

控制机构设置有表征单元、探测单元和处理单元700，表征单元装配于传动机构，探测单元与表征单元连接，探测单元的输出端与处理单元700的输入端连接，处理单元700的输出端与电磁阀110连接。

表征单元用于对传动机构的位置状况进行表征，表征单元的信号被探测单元探测，探测单元的探测结果输入至处理单元700，经处理单元700处理后输出控制信号至电磁阀110以控制电磁阀110作打开或者关闭操作。

具体的，驱动机构设置有驱动电机310，驱动电机310优选设置为步进电机，当然也不限制于步进电机。传动机构设置有偏心轮410和传动轴420。

驱动电机310装配于框架200，偏心轮410固定装配于驱动电机310的电机轴320，偏心轮410设置有偏心轴，传动轴420一端与弹性隔膜片固定连接，传动轴420另一端活动装配于偏心轴。当驱动电机310转动时，驱动电机310带动偏心轮410转动，使得活动装配于偏心轴的传动轴420随着偏心轮410的转动能够往复平稳地带动传动轴420往复运动。若将传动轴420朝靠近泵体100方向移动定为向右运动，将传动轴420反方向运动定为朝左运动，则在驱动电机310的驱动下，偏心轮410将带动传动轴420往复平稳地进行左右运动，从而通过偏心轮410带动弹性隔膜片左右移动。当偏心轮410带动弹性隔膜片移动至最左端时，泵体100内呈负压状态，此时需要控制入液电磁阀131打开入液通道、同时排液电磁阀132关闭出液通道以使液体进入泵体100。当偏心轮410带动弹性隔膜片移动至最右端时，泵体100内呈高压状态，此时需要控制排液电磁阀132打开排液通道、同时入液电磁阀131关闭入液通道以使液体从泵体100中排出。

表征单元设置为转子圆盘510，转子圆盘510固定装配于电机轴320且转子圆盘510设置于偏心轮410下方。

如图3所示,转子圆盘510设置为两个面积大小不相同的凸轮511，两个凸轮511固定设置于转子圆盘510，两个凸轮511的边沿之间的连线L过转子圆盘510的中心点M。

当转子圆盘510转动时，两个凸轮511依次重复进入探测单元610，探测单元610将获得具有一定规律的信息。由于两个凸轮面积大小不相同，所以在凸轮通过探测单元610的一个周期内，可以获得两个不同占空比的信号，通过不同占空比信号去分别控制入液电磁阀和排液电磁阀的开合，从而控制进入和排除的液体量，该探测信息形式简单，便于提高该计量泵整体精度。

凸轮通过探测单元610一个周期内所获得的信号的占空比形式跟两个凸轮的面积及两个凸轮在转子圆盘510的位置分布相关。本实施例中，两个凸轮511的边沿之间的连线L过转子圆盘510的中心点M，这样，在转子圆盘510转动的一个周期内，所获得的信号的相邻两个上升沿（或下降沿）之间的角度为180度。探测单元设置为位置传感器610，位置传感器610固定设置于框架200。位置传感器610设置有信号发生器，信号发生器设置有发送端611和接收端612，凸轮511位于发送端611与接收端612之间。位置传感器610的输出端与处理单元700的输入端连接，处理单元700可以采用型号为LM3S2276的芯片，当然，也可以采用其它芯片。

信号发生器的发送端611发送信号，接收端612进行接收，若在信号发生器工作过程中有障碍物出现在发送端611与接收端612之间，则信号发生器的接收端612将接收不到信号，通过信号发生器接收不到信号的信息可以判断转子圆盘510的具体位置。

由于两个面积大小不相等的凸轮呈对应分布设置于转子圆盘510，故当驱动电机310驱动转子圆盘510一起转动时，当转子圆盘510通过位置传感器的信号发生器时，凸轮511会阻隔位置传感器信号的接收，获得一个下降沿的信号，当转子圆盘510上的凸轮穿过位置传感器之后，则获得一个上升沿的信号。在转子圆盘510转动的一个周期内，将规律地得到具有相应的下降沿和上升沿信号的波形。故，无论驱动电机310转速如何变化，每个凸轮通过信号传感器时所得到信号在一个周期内相对图形是固定的，即相邻两个上升沿（或下降沿）之间的角度为180度，每个凸轮所得到的信号都有对应的上升沿信号和下降沿信号，设置在直线L上的两条边沿所对应的上升沿（或下降沿）即表示膜片的远端或近端，如图4所示。因此，可以通过检测不同占空比信号的上升沿（或下降沿）来精确控制电磁阀110的开与关，从而精确控制进入或者排出泵体100的液体量。具有触控及时，控制精确的特点。

当电机310转动时带动其驱动轴320上的转子圆盘510一起转动，由于转子圆盘510上有两个面积大小不相等的凸轮511，当转子圆盘510通过位置传感器610的信号发生器时，凸轮会阻隔位置传感器信号的接收，获得一个下降沿的信号。当转子圆盘510上的凸轮穿过位置传感器之后，获得一个上升沿的信号，由于两个凸轮面积大小不同，所以可以获得两个不同占空比D1、D2的信号，当获得占空比为D1的信号时由上升沿信号触发同时关闭两个电磁阀一段很短的时间T之后，控制机构再控制打开入液电磁阀111，仍然关闭排液电磁阀112，由于电机运动带动传动轴向左运动产生吸力把液体从进水孔处吸入进来。当转子圆盘510的另一片凸轮穿过位置传感器时再次可以获得一个占空比为D2的信号，由上升沿信号触发同时关闭两个电磁阀一段很短的时间T之后程序再打开排液电磁阀112，仍然关闭入液电磁阀111。由电机运动带动传动轴向右运动产生压力把液体从泵体中排出，入液电磁阀111打开，排液电磁阀112关闭，透析液被吸入到泵体里面；入液电磁阀111关闭，排液电磁阀112打开，透则析液从泵体里面排出。整个装置的控制信号是通过电信号来实现的，所以能够迅速的做出相应的动作，最终达到精确控制透析液的吸入与排出。

调整凸轮的位置，使得当凸轮边沿经过位置传感器时传动轴刚好在其最右端（或最左端）。并在开机时本装置需进行初始化，在第一个周期内两个电磁阀都打开，电机转动一个周期之后根据占空比就可以得出此时弹性隔膜片的精确位置，这样可以控制每次开机时，电磁阀的第一次切换是发生在传动轴刚好处于最右端（或最左端）。每个凸轮穿过位置传感器时都可以获得一个上升沿（或下降沿）信号，所以由上升沿（或下降沿）信号控制电磁阀的开关能够精确控制液体在计量泵中的流入与排出。

两个凸轮511的边沿之间的连线L过转子圆盘510的中心点M，这样我们可以保证进水电磁阀110与出水电磁阀110的开关时间是相等的从而精确控制液体的吸入与排出量。

该计量泵的工作原理如下：驱动电机310开始工作，电机轴320带动偏心轮410、转子圆盘510均一起进行转动。其中偏心轮410带动与其连接的传动轴进行周期圆周运动，从而带动弹性隔膜片在阀腔内往复左右移动对管路中的液体产生压力和吸力。

与此同时，转子圆盘510的两个凸轮依次旋转经过信号传感器，信号传感器将得到的具有精确的不同占空比的信号，将其上升沿信号、下降沿信号的波形信息发送至处理单元700，处理单元700根据波形信息判断电磁阀110的工作状况，控制电磁阀110进行开关。

该计量泵采用驱动电机310带动偏心轮410进行圆周旋转，通过偏心轮410带动传动轴420进行左右往复驱动弹性隔膜片进行左右往复移动，相比现有技术中采用驱动电机310直接驱动弹性隔膜片进行往复移动容易出现运动不稳的缺陷，具有驱动平稳准确的特点。

该计量泵采用电磁阀110来控制液体的输入与流出，避免了现有技术中采用的单向阀需要液体压力达到阈值才能被动换向的缺陷，采用电磁阀110根据弹性隔膜片的位置而进行主动换向，换向更加准确，能够避免现有技术中的单向阀因压力小于阈值而出现的漏液现象，具有精度高的特点。

该计量泵通过位置传感器610与电磁阀110相结合的方式据检测弹性隔膜片的行程方向、控制透析液的吸入与排出，由于采用电信号故可以迅速准确做出相应动作控制，能够提高该计量泵的控制精度。

此外，该计量泵结构简单、控制方便、故障率低。

需要说明的是，表征单元的结构形式不局限于本实施例中的转子圆盘，也可以为其它能够体现驱动电机运转带动传动轴位置的表征单元。

需要说明的是，控制机构的结构也不限制于本实施例的形式，也可以采用其它能够实现此功能的而结构。

实施例2。 

一种计量泵，其它结构与实施例1相同，不同之处在于，泵体采用的是集合在一起的具有两个电磁阀的电磁阀件，电磁阀件的两个电磁阀分别控制入液通道、排液通道的开和关。

该计量泵，在驱动电机开始工作，电机轴带动偏心轮、转子圆盘均一起进行转动。其中偏心轮带动与其连接的传动轴进行周期圆周运动，从而带动弹性隔膜片在阀腔内往复左右移动对管路中的液体产生压力和吸力。

与此同时，转子圆盘的两个凸轮依次旋转经过信号传感器，信号传感器将得到的波形信息发送至处理单元，处理单元根据波形信息判断电磁阀件中对应的控制入液通道、排液通道中的电磁阀的关闭状态，控制电磁阀件进行相应的开关。

该计量泵能够精确控制液体输入量或排出量，具有控制精确、结构简单、故障率低的特点。

需要说明的是，通过偏心轮结构驱动传动轴左右运动的结构并不局限于本实施例2或者实施例1的形式，也可以设置为其它形式，只要能够实现此功能即可。

实施例3。 

一种计量泵，如图5至图9所示，其它结构与实施例1相同，不同之处在于，该计量泵采用的表征单元由转子圆盘改为一横向运动的感应片800，感应片设置有第一缺口810和第二缺口820，第一缺口810的长度H小于第二缺口820的长度L，第一缺口810与第二缺口820之间的距离S小于弹性隔膜片在传动轴驱动下单向移动的距离，如图9所示。感应片800固定设置于传动轴420。

探测单元设置为位置传感器610，位置传感器610固定设置于框架200。感应片800位于发送端611与接收端612之间。当传动轴420左右运动带动弹性隔膜片左右移动时，传动轴420上的感应片800也随之在传感器610内左右移动，根据传感器610接收到的感应片800的移动就可以控制电磁阀的开合，从而控制进入或者排出计量泵内的液体量。

在电机运行一个周期内，我们可以对整个周期获得的信号进行编码，由于感应片上设置有两个长度不一的第一缺口810和第二缺口820，则当感应片800向左运动与向右运动时的编码是不一样的，但是整个过程中编码又是唯一的。设置整个过程中电机向左运动时的编码为M1，向右运动时的编码为M2，整个装置初始化时，让电机运行一个周期，当获得的信号与编码M2相同时，初始化完毕。所以当整个装置正常运转时首先进入的是吸液过程。整个过程中当电机在正常运行过程中获得的信号与编码M2相同的信号时，同时关闭两个电磁阀一小段时间T，然后程序控制打开入液电磁阀，关闭排液电磁阀；当电机正常运行过程中获得的信号与编码M1相同的信号时，程序同时关闭两个电磁阀一小段时间T，然后程序控制打开排液电磁阀，关闭入液电磁阀。电磁阀切换的准确时间发生在检测到两个缺口的外侧边沿对应的上升沿或下降沿时。通常先同时关闭两个电磁阀一小段时间T再切换。如此反复重复以上过程，从而可以精确方便的控制液体的吸入量与排出量。最终达到精确控制液体的流量，控制超滤量。

该计量泵的控制机构，直接将感应片800设置于传动轴420上，通过位置传感器探测感应片800的信号从而得到传动轴的具体位置，进而控制电磁阀的关闭。不仅结构简单，而且具有控制精确的特点。

需要说明的是，控制机构的结构也不限制于本实施例的形式，也可以采用其它能够实现此功能的结构。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种计量泵，其特征在于：设置有泵体、框架、驱动机构、传动机构和控制机构；

所述驱动机构、所述传动机构和所述控制机构装配于所述框架，所述泵体与所述框架固定连接；

所述泵体设置有阀腔、设置于所述阀腔内的弹性隔膜片及控制流道内液体输入与排出的电磁阀；

所述传动机构两端分别与所述驱动机构和所述弹性隔膜片连接；

所述控制机构设置有表征单元、探测单元和处理单元，所述表征单元装配于所述框架，所述探测单元与所述表征单元信号连接，所述探测单元的输出端与所述处理单元的输入端连接，所述处理单元的输出端与所述电磁阀连接。

2.根据权利要求1所述的计量泵，其特征在于：

所述驱动机构设置有驱动电机；

所述传动机构设置有偏心轮和传动轴；

所述驱动电机装配于所述框架，所述偏心轮固定装配于所述驱动电机的电机轴，所述偏心轮设置有偏心轴，所述传动轴一端与所述弹性隔膜片固定连接，所述传动轴另一端活动装配于所述偏心轴。

3.根据权利要求2所述的计量泵，其特征在于：所述表征单元设置为转子圆盘，所述转子圆盘固定装配于所述电机轴且所述转子圆盘设置于所述偏心轮外侧；

所述转子圆盘设置有两个面积大小不相同的凸轮，两个所述凸轮固定设置于所述转子圆盘。

4.根据权利要求3所述的计量泵，其特征在于：两个所述凸轮的边沿之间的连线L过所述转子圆盘的中心点M。

5.根据权利要求2所述的计量泵，其特征在于：所述表征单元设置为一感应片，所述感应片固定设置于所述传动轴，所述设置有第一缺口和第二缺口，所述第一缺口的长度H小于所述第二人缺口的长度L，所述第一缺口与所述第二缺口之间的距离S小于所述弹性隔膜片在所述传动轴驱动下单向移动的距离。

6.根据权利要求3或4或5所述的计量泵，其特征在于：所述探测单元设置为位置传感器，所述位置传感器固定设置于所述框架。

7.根据权利要求6所述的计量泵，其特征在于：所述位置传感器设置有信号发生器，所述信号发生器设置有发送端和接收端，所述表征单元位于所述发送端与所述接收端之间；

所述位置传感器的输出端与所述处理单元的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的计量泵，其特征在于：所述处理单元采用型号为LM3S2276的芯片。

9.根据权利要求1所述的计量泵，其特征在于：所述泵体还设置有入液口、排液口，所述电磁阀包括入液口电磁阀和出液口电磁阀,所述入液口通过软管与所述入液口电磁阀连接，所述出液口通过软管与所述出液口电磁阀连接。

10.根据权利要求2所述的计量泵，其特征在于： 所述驱动电机设置为步进电机。

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