CN105257497A - 一种高压输液泵及微型高压输液泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液相色谱仪用高压恒流输液泵，包括主副泵滚珠丝杆、主副活塞、主柱副柱塞杆和主副泵头；主泵滚珠丝杆和副泵滚珠丝杆的一端通过齿轮联动；主泵滚珠丝杆的螺母设置在主活塞内，并与其固定连接；副泵滚珠丝杆的螺母设置在副活塞内，并与其固定连接；主活塞与主柱塞杆连接，副活塞与副柱塞杆连接；主柱塞杆的一端穿过主泵头的底部，插入至其柱塞腔内部；副柱塞杆的一端穿过副泵头的底部，插入至其柱塞腔内部；主柱塞杆和副柱塞杆反向运动。主泵头的输出口与副泵头的输入单向阀的入口连通。本发明还提出了一种微型高压输液泵系统，采用了微电脑全数字控制，运动定位精度高，可控性强、灵活度高、体积小、流量变化范围大。

Description

一种高压输液泵及微型高压输液泵系统

技术领域

本发明涉及液相色谱仪，尤其是一种液相色谱仪所采用的微型高压输液泵系统。

背景技术

目前，液相色谱仪的输液泵大都采用凸轮推动柱塞杆的运动，柱塞杆运动精度低，运动规律取决于凸轮曲线。而凸轮曲线在金加工后就定型了，只能模拟一种状态以获得最佳结果。而输液泵的变化参数很多，如：泵的流量设置值、实时压力、液体的可压缩性等。因此凸轮泵不能做到在各种工况下的恒流输液。很多进口仪器采用了丝杆驱动的输液泵，但大多数结构笨重，体积大、抗震性差，限制了输液泵在车载仪器和便携式仪器上的使用。

因此，现在市场上亟需一种新的微型高压输液泵系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种体积小、重量轻、耐振动、工作寿命长、输液压力高、脉动小、故障率低、采用直线丝杆推动的液相色谱仪微型高压泵，可大大提高液相色谱仪分析重复精度与拓展工作范围等。

本发明提出了一种高压输液泵，包括：主泵滚珠丝杆、副泵滚珠丝杆、主活塞、副活塞、主柱塞杆、副柱塞杆、主泵头和副泵头；其中，所述主泵滚珠丝杆和所述副泵滚珠丝杆的一端通过齿轮联动；所述主泵滚珠丝杆的螺母设置在所述主活塞内，并与其固定连接；所述副泵滚珠丝杆的螺母设置在所述副活塞内，并与其固定连接；所述主活塞与所述主柱塞杆通过主弹簧顶住，所述副活塞与所述副柱塞杆通过副弹簧顶住；所述主柱塞杆的一端穿过所述主泵头的底部，插入至其柱塞腔内；所述副柱塞杆的一端穿过所述副泵头的底部，插入至其柱塞腔内。

本发明提出的高压输液泵中，所述主泵活塞与所述副泵活塞。主泵活塞采用滑动配合安放在活塞套内，副泵活塞也采用滑动配合安放在活塞套内。所述的活塞套内壁上设置有导引槽，使所述主泵活塞与所述副泵活塞保持直线运动，并无法转动。

本发明提出的高压输液泵中，还包括垫片；主、副活塞端部均安装有垫片，垫片内固定有钢圆珠，主副泵头固定垫圈用4个螺钉固定在活塞套上。

本发明提出的高压输液泵中，所述主泵头和所述副泵头分别通过主固定垫圈和副固定垫圈固定在所述活塞套上，固定垫圈与主、副柱塞杆之间安装可压缩的弹簧。

如上所述，通过主副泵柱塞杆安装的可压缩弹簧与安装在主副泵活塞的垫片，使主副泵塞杆与主副泵活塞杆保持同步运动。

本发明提出的高压恒流输液泵中，主、副泵头与主、副泵头柱后清洗圈通过2个螺钉固定。

本发明提出的高压输液泵中，所述主泵头和所述副泵头的输入口处均设置有单向输入阀。

本发明提出的微型高压输液泵系统中，副泵头输出端通过管道连接至输液泵的排空阀，最后连接到高压液流输出管。主泵头输出端通过管道连接至副泵头输入单向阀入口。主泵头输入单向阀入口连接流动相输入管。

本发明提出的高压输液泵中，所述主齿轮和所述副齿轮的齿数比为1：2，直接啮合，使主齿轮与副齿轮一个正转，一个反转。

主泵滚珠丝杆与副泵滚珠丝杆螺距相同，通过定比例传动，主柱塞杆前进1个进程，副柱塞杆回缩1/2进程，反之，主柱塞杆回缩1个进程，副柱塞杆前进1/2进程。

主、副丝杆传动比为1:2，保证了主泵头柱塞杆排除液体100％，副泵头储液50％。当主泵头柱塞杆吸液时，副泵头柱塞杆排出所存储的50％液体，主、副泵头柱塞杆交替运动，各排出50％的液体形成恒流的输液。

本发明还提出了一种微型高压输液泵系统，包括：控制器、伺服电机和本发明提出的高压输液泵，所述控制器与所述伺服电机连接，用于控制所述伺服电机的转动，所述伺服电机驱动所述齿轮。

本发明提出的微型高压输液泵系统中，活塞套上设置有光电传感器，所述光电传感器用于定位主活塞的初始位置。

本发明提出的微型高压输液泵系统中，进一步包括：压力传感器；所述压力传感器设置在副泵头的输出口处；所述压力传感器与所述控制器建立通讯。

本发明提出的微型高压输液泵系统中，可以扩展加入多路电磁阀，实现液相色谱仪多元梯度泵。

本发明提出的微型高压输液泵系统采用微电脑作为控制器，用于驱动与控制微步伺服电机，通过压力传感器测试压力值，与上位计算机通信等。

本发明提出的微型高压输液泵系统中，控制器采用数字脉冲电路控制的微步伺服电机驱动，电机的转动通过微电脑控制板精确控制。

本发明提出的微型高压输液泵系统中，微步伺服电机固定在齿轮箱上，其输出轴端固定有齿轮，主泵滚珠丝杆与副泵滚珠丝杆端部都固定有齿轮，其齿轮齿数比为N:1:2(N为电机输出轴的齿数)。

本发明有益的效果为：

1.流量范围广、脉动小、工作压力高，流量值从0.05ml/min～5ml/min都可以得到稳定的流量。

2.重量轻、体积小，高压输液泵主体尺寸为：250m*105mm*55mm(长*宽*高)，净重≤2.5Kg，是常规高压恒流泵体积的1/2，重量的1/3。

3.全数字控制，由于主、副泵头的运动采用了微电脑全数字控制，运动定位精度高，因此运用到液相色谱仪多元低压梯度泵，可以精确定时电磁阀的切换，大大减小梯度误差；若配置主动式输入单向阀，可以精确控制单向阀的开关。

附图说明

图1为本发明高压输液泵的结构示意图。

图2为本发明微型高压输液泵系统的结构示意图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

如图1所示，本发明提出了一种高压输液泵3，包括：主泵滚珠丝杆31、副泵滚珠丝杆32、主活塞33、副活塞34、主柱塞杆35、副柱塞杆36、主泵头37和副泵头38。主泵滚珠丝杆31和副泵滚珠丝杆32通过齿轮4联动，主泵滚珠丝杆31的螺母与主活塞33固定连接，副泵滚珠丝杆32的螺母与副活塞34固定连接，主活塞33与主柱塞杆35固定连接，副活塞34与副柱塞杆36连接。主柱塞杆35的一端穿过主泵头37的底部，插入至其活塞腔内部。副柱塞杆36的一端穿过副泵头38的底部，插入至其活塞腔内部。

本发明中，主泵滚珠丝杆31与副泵滚珠丝杆32都通过滚珠轴承组安装在齿轮箱基座上，以达到丝杆能转动而不能轴向移动。

本发明中，齿轮4包括：主齿轮41和副齿轮42。其中，主齿轮41与主泵滚珠丝杆31连接，副齿轮42与副泵滚珠丝杆32连接。

本发明中，主齿轮41和副齿轮42齿数比为1：2，直接啮合，一个正转，一个反转。

本发明中，主、副泵滚珠丝杆转动采用比例为1:2的齿轮传动，主泵滚珠丝杆31与副泵滚珠丝杆32的螺距相同，通过定比例传动，主柱塞杆35前进1个进程，副柱塞杆36回缩1/2个进程，反之，主柱塞杆35回缩1个进程，副柱塞杆36前进1/2个进程。

本发明中，高压输液泵3进一步包括：活塞套5；主活塞33采用滑动配合安放在活塞套5内，副活塞34也采用滑动配合安放在活塞套5内，活塞套5内壁上设置有导引槽，使主活塞33和副活塞34只能前后移动，而不能转动。活塞套5采用轻质合金，内壁喷涂耐磨擦、有自润滑性能的涂料。

本发明中，进一步包括：垫片6；垫片6设置在柱塞杆与活塞之间，垫片6内固定有合金钢圆珠，主、副活塞通过合金钢圆珠顶住主、副柱塞杆，使柱塞杆不会在泵头高压密封圈上产生单面侧向压力。

本发明中，主固定垫圈391和副固定垫圈392用4个螺钉固定在活塞套5上。

本发明中，主柱塞杆35与主固定垫圈391之间可设置主弹簧51，副柱塞杆36与副固定垫圈392之间可设置副弹簧52。

本发明中，主、副泵头与主柱后清洗圈311、副柱后清洗圈312通过2个螺钉固定，清洗圈可清洗停留在宝石杆后面的盐类结晶体，防止宝石杆被结晶体磨损。

本发明中，主副泵头安装输入单向阀，通过管道，主泵头37的输出连接到副泵头38的输入阀输入口，副泵头输出口通过管道连接到排空阀，再连接到高压液流输出口。主泵头输入单向阀输入口通过管道连接到流动相输入管，通过主副泵头交替吸液、排液，达到恒流排液。

如图2所示，本发明还提出了一种微型高压输液泵系统，包括：控制器1、伺服电机2和高压输液泵3，控制器1与伺服电机2连接，用于控制伺服电机2的转动，伺服电机2驱动齿轮4。

本发明中，控制器1用于驱动与控制微步伺服电机，通过压力传感器8测试压力值，与上位计算机通信等。控制器1采用数字脉冲电路控制微步伺服电机运动。

本发明中，微步伺服电机固定在齿轮箱上，其输出轴端固定有齿轮，主泵滚珠丝杆31与副泵滚珠丝杆32端部都固定有齿轮，其齿轮齿数比为N:1:2(N是电机输出轴的齿数)。

本发明中，活塞套5上设置有光电传感器53，光电传感器53用于定位主活塞33的初始位置。

本发明中，进一步包括：压力传感器8，压力传感器8设置在副泵头38的输出口处，压力传感器8与控制器1通讯。

本发明中，进一步包括：多路电磁阀9，可扩展为多元低压梯度泵。

本发明中，采用专用微电脑板控制，具有压力传感器、四元低压梯度阀与微步伺服电机的接口，可通过RS485、RS232、USB接口通讯，可通过PC机设置输液泵的流量、压力限制值与多元低压梯度阀的切换。

本发明系统的液流关系如图2所示，通过控制器1的控制，液体从主泵头37进入，主副泵头交替吸液、排液，使液体进入副泵头38，再排出，达到恒流排液的目的。同时压力传感器8也实时监测液压反馈至控制器1中。

本发明采用国际上最先进的微步伺服电机，并采用微电脑控制，此电机体积小、重量轻、力矩大、转动惯量小、可以宽范围变速与快速正/反向切换。

本发明采用微型齿轴传动机构，可适应长期快速正/反向切换的运转条件，磨损小、切换时振动小。

本发明采用滚珠丝杆推动活塞的运动。滚珠丝杆具有定位精度高、摩擦附加转动力矩小的特点。

本发明由于采用丝杆推动，活塞无径向受力。丝杆转动因摩擦附加转动力矩小，也使活塞套5(泵座)直线运行导行槽受力减小。

本发明采用了工程塑料制作的活塞，活塞套5(泵座)采用轻质合金喷涂耐磨涂料制作，大大减轻了泵的整体重量，降低了制造成本，两种合成材料自润滑性能好，有效提高了泵机体的使用寿命。

本发明活塞丝采用阶段性变速运动，有效降低了两个单向输入阀的反向泄漏，降低了输液泵的脉动。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (10)

1.一种高压输液泵，其特征在于，包括：主泵滚珠丝杆(31)、副泵滚珠丝杆(32)、主活塞(33)、副活塞(34)、主柱塞杆(35)、副柱塞杆(36)、主泵头(37)和副泵头(38)；其中，

所述主泵滚珠丝杆(31)和所述副泵滚珠丝杆(32)的一端通过齿轮(4)联动；

所述主泵滚珠丝杆(31)的螺母设置在所述主活塞(33)内，并与其固定连接；所述副泵滚珠丝杆(32)的螺母设置在所述副活塞(34)内，并与其固定连接；

所述主活塞(33)和所述副活塞(34)设置在活塞套(5)内，所述活塞套(5)内壁上设置有导向槽，使所述主活塞(33)和所述副活塞(34)保持直线运动，并无法转动；

所述主柱塞杆(35)的一端穿过所述主泵头(37)，插入其柱塞腔内；所述副柱塞杆(36)的一端穿过副泵头(38)，插入其柱塞腔内；

所述主柱塞杆(35)的另一端通过垫片(6)与所述主活塞(33)固定连接；所述副柱塞杆(36)的另一端通过垫片(6)与所述副活塞(34)固定连接；

所述主泵头(37)和所述副泵头(38)分别通过主固定垫圈(391)和副固定垫圈(392)固定在所述活塞套(5)上；

所述主柱塞杆(35)与所述主固定垫圈(391)之间设置有主弹簧(51)，所述副柱塞杆(36)与所述副固定垫圈(392)之间设置有副弹簧(52)，使所述主柱塞杆(35)和所述副柱塞杆(36)与所述主活塞(33)和所述副活塞(34)同步直线运动。

2.如权利要求1所述的高压输液泵，其特征在于，所述齿轮(4)包括：主齿轮(41)和副齿轮(42)；其中，

所述主齿轮(41)与所述主泵滚珠丝杆(31)固定连接；

所述副齿轮(42)与所述副泵滚珠丝杆(32)固定连接；

所述主齿轮(41)和副齿轮(42)啮合。

3.如权利要求2所述的高压输液泵，其特征在于，所述主齿轮(41)和所述副齿轮(42)的齿数比为1：2，相位差为180°，使所述主柱塞杆(35)和所述副柱塞杆(36)反向运动。

4.如权利要求1所述的高压输液泵，其特征在于，所述主泵头(37)和所述副泵头(38)的输入口处均设置有单向输入阀(7)，所述主泵头(37)的输出口与所述副泵头(38)的所述输入单向阀(7)的入口连通。

5.如权利要求1所述的高压输液泵，其特征在于，所述垫片(6)内固定有合金钢圆珠。

6.如权利要求1所述的高压输液泵，其特征在于，所述主泵头(37)与所述主固定垫圈(391)之间设置有主柱后清洗圈(311)；所述副泵头(38)和所述副固定垫圈(392)之间设置有副柱后清洗圈(312)。

7.一种微型高压输液泵系统，其特征在于，包括：控制器(1)、伺服电机(2)和如权利要求1所述的高压输液泵(3)，所述控制器(1)与所述伺服电机(2)连接，用于控制所述伺服电机(2)的转动，所述伺服电机(2)驱动所述齿轮(4)。

8.如权利要求7所述的微型高压输液泵系统，其特征在于，活塞套(5)上设置有光电传感器(53)，所述光电传感器(53)与所述控制器(1)建立通讯，用于定位主活塞(33)的初始位置。

9.如权利要求7所述的微型高压输液泵系统，其特征在于，进一步包括：压力传感器(8)；所述压力传感器(8)设置在副泵头(38)的输出口处；所述压力传感器(8)与所述控制器(1)建立通讯。

10.如权利要求7所述的微型高压输液泵系统，其特征在于，进一步包括：多路电磁阀(9)，用于控制多路液体的流入，实现多元低压梯度泵。