CN110206704A - 一种可恒定流量连续进料的注射泵及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流体泵制造领域，具体是一种可恒定流量连续进料的注射泵及其使用方法，可用于精细控制液体或气体连续精密注射。注射泵包括：第一注射器推板、第一直线模组、注射器固定座一、注射器固定座二、第一注射器、流体管、第一电动三通阀、出口三通接头、进口三通接头、第二电动三通阀、第二注射器、第二直线模组、第二注射器推板。本发明可用于精细控制液体或气体无间隙连续恒流精密注射，通过采用可随意更换和改变注射器的注射器驱动装置，可以实现更宽的流量量程范围内的精确流量控制，同时避免使用固定注射腔带来的污染问题；另外，通过采用两组可独立控制的注射器驱动和注射器装置，可实现严格的无间歇恒流连续性工作。
Description
技术领域
本发明涉及流体泵制造领域，具体是一种可恒定流量连续进料的注射泵及其使用方法，可用于精细控制液体或气体连续精密注射。
背景技术
精密流体输出和流量控制技术广泛应用于医疗健康、生物医药、化学合成、材料制备和器件加工等技术领域，而实现微量精确控制流体输出和流量检测是上述应用的重要基础技术之一。目前，工业上常用的微量流体控制包括蠕动泵和注射泵等。其中，蠕动泵适合于长时间连续流体输出控制，但是其对流体流量控制不精确，容易受环境因素干扰，在流体输出过程中存在严重的脉冲流量。注射泵能够实现精细的流体流量控制，可根据注射泵推进速率获得实时流量信息，对流体实现微量流量均匀调控，不出现脉冲流量现象。但是，由于注射泵体积有限，注射完一个注射器的量就得停止注射进行流体补充，无法实现无间歇连续性的工作。
公开号:CN206045103U的中国实用新型专利公开一种双向连续注射泵，该方法采用两个背对背的注射器和推板进行控制，结合两个注射器的进液口单向阀和出液口单向阀，当推板运动时，当其中一个注射器排出液体的同时另一个注射器吸入液体，该方法通过简单结构就可以实现双向自动注射和补充液体。但是每次推板往复运动时，推板需要先减速到零再转向加速，这个过程就会导致液体流量出现停顿，所以不能正真意义上实现均匀连续流量控制。
公开号:CN205714622U的中国实用新型专利公开一种三缸活塞式注射泵，三缸由三个注射器组成，各注射器的活塞杆各自通过一摇臂与转台上的偏心轴连接，其工作原理类似三缸汽车发动机，三个注射器在切换过程中同样存在流量不稳定，不能获得严格均匀的流量，且其结构复杂，更换注射器难度大。因此亟需一种新型的注射泵装置来实现严格的无间歇连续性工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可恒定流量连续进料的注射泵及其使用方法，精确控制流体流量，自动吸入和排出流体，实现无间歇连续性工作。
本发明的技术方案是：
一种可恒定流量连续进料的注射泵，包括：第一注射器推板、第一直线模组、注射器固定座一、注射器固定座二、第一注射器、流体管、第一电动三通阀、出口三通接头、进口三通接头、第二电动三通阀、第二注射器、第二直线模组、第二注射器推板，具体结构如下：
第一注射器推板安装于第一直线模组的滑台上，跟随滑台往复移动；第二注射器推板安装于第二直线模组的滑台上，跟随滑台往复移动；第一注射器推板和第二注射器推板的一侧均平行设置注射器固定座一和注射器固定座二，第一注射器的推杆一端安装于第一注射器推板上，第一注射器的注射筒设置于一组注射器固定座一和注射器固定座二上；第二注射器的推杆一端安装于第二注射器推板上，第二注射器的注射筒设置于另一组注射器固定座一和注射器固定座二上；第一注射器的一端通过流体管连接第一电动三通阀，第一电动三通阀分别通过流体管连接出口三通接头、进口三通接头的一个端口，第二注射器的一端通过流体管连接第二电动三通阀，第二电动三通阀分别通过流体管连接出口三通接头、进口三通接头的另一个端口。
所述的可恒定流量连续进料的注射泵，第一注射器推板、第二注射器推板的U型开口内表面均设有卡槽一，推杆一端嵌入卡槽一内，跟随推板移动，并与卡槽一呈滑动配合。
所述的可恒定流量连续进料的注射泵，每组平行的注射器固定座一和注射器固定座二上，相对设有V型或U型开口，两个注射器固定座一的V型或U型开口内表面均设有卡槽二，每个注射器的尾端卡盘嵌入注射器固定座一的卡槽二中。
所述的可恒定流量连续进料的注射泵，第一电动三通阀、第二电动三通阀的顶部第一端口，分别通过流体管连接第一注射器、第二注射器的端口；两个电动三通阀的侧面第二端口通过流体管接到同一个进口三通接头的相对两端口，进口三通接头的另一端口为液体进口；两个电动三通阀的侧面第三端口通过流体管接到同一个出口三通接头的相对两端口，出口三通接头的另一端口为液体出口。
所述的可恒定流量连续进料的注射泵，第一直线模组、第二直线模组采用但不限于T型丝杠直线模组、滚珠丝杠直线模组、齿轮齿直线模组或皮带线性模组。
所述的可恒定流量连续进料的注射泵，第一注射器、第二注射器采用但不限于塑料注射器、玻璃注射器或金属注射器。
所述的可恒定流量连续进料的注射泵的使用方法，包括如下过程：
首先，控制两个电动三通阀都接通注射器端口和进流体端口，两个直线模组分别带动第一注射器推板、第二注射器推板和注射器推杆向后拉，使液体同时注入两个注射器当中，当注射器腔内充满液体时，两个直线模组同时停止运动，控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和出口三通接头；第一直线模组分别带动第一注射器推板和第一注射器按照设定流量挤出液体，当第一注射器腔内液体剩余体积5～15％时，第一直线模组继续保持设定流量运行，同时控制第二电动三通阀接通第二注射器端口和出口三通接头；第一直线模组按照固定减速度减速，同时第二直线模组按照相同的固定加速度加速，当第一直线模组运行速度减到零时，第二直线模组运行速度正好加到设定流量的运行速度；然后，控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和进口三通接头，第二直线模组保持设定流量运行，液体不间歇的从出口三通接头流出的同时，第一直线模组带动第一注射器推板和注射器推杆向后拉，液体注入第一注射器当中；当第二注射器内液体剩余体积5～15％时，按照上述进行切换第一注射器工作。
所述的可恒定流量连续进料的注射泵的使用方法，两个注射器循环往复的运行，实现液体的连续挤出，同时能够保持注射器精确的流量控制。
本发明的设计思想是：
本发明是一种精密注射泵基本结构和使用方法，其构造包含三个基本组件：(一)注射器驱动装置、(二)注射器、(三)流体管路装置。
(一)注射器驱动装置
注射器驱动装置由两组可独立运行的单通道的注射泵构成，每个单通道注射泵包含直线模组、推板、注射器固定座、固定支架组成。推板安装在丝杠直线模组的滑台上，直线模组安装于固定支架内，注射器固定座安装于直线模组上方的固定支架上。直线模组可以采用但不限于T型丝杠直线模组、滚珠丝杠直线模组、齿轮齿直线模组和皮带线性模组，用于驱动注射器的推杆移动。推板中间设有卡槽，用于固定注射器的推杆顶端。注射器固定座为V字形或U字形，中间设有卡槽，用于固定注射器的注射筒。
(二)注射器组件
注射器组件包含两个注射器，两个注射器分别安装于两个单通道注射泵上，注射器可以采用但不限于塑料注射器、玻璃注射器和金属注射器，注射器最大量程范围是5μl～1000ml。
(三)流体管路装置
流体管路装置包括6条流体管、两个电动三通阀、两个三通接头。两个电动三通阀的一端分别连接两个注射器的端口，两个电动三通阀的另外两个端口分通过三通接头联通，其中一个三通接头作为流体进口，另一个三通接头作为流体出口。当注射器吸流体时，流体从三通接头通过管路进入电动三通阀，控制三通阀接通注射器端口和进口三通接头的进流体端口，流体就可以进入注射器内。当注射器排出流体时，流体从注射器的端口通过管路流入电动三通阀，控制三通阀接通注射器端口和出口三通接头的出流体端口，流体就可以排出。
本发明的优点及有益效果包括：
(1)本发明采用可随意更换和改变注射器的注射器驱动装置，可以实现更宽的流量量程范围内的精确流量控制，同时避免使用固定注射腔带来的污染问题。
(1)本发明采用流体管路装置，实现流体进口和出口分离的效果，可以自动控制流体的吸入和排出。
(2)本发明采用两组可独立控制的注射器驱动和注射器装置，真正意义上实现严格的无间歇连续性工作。
附图说明
图1.无间歇精密注射泵的基本构造。
附图中数字指代的部件名称如下：
1：第一注射器推板；2：第一直线模组；3：注射器固定座一；4：注射器固定座二；5：第一注射器；6：流体管；7：第一电动三通阀；8：出口三通接头；9：进口三通接头；10：第二电动三通阀；11：第二注射器；12：第二直线模组；13：第二注射器推板；14：卡槽一；15：卡槽二；16：卡盘；17：推杆。
具体实施方式
本发明所述附图和实施方案是对本发明的具体实施方式做进一步详细描述，以下的实施方案是用于本发明的说明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明无间歇精密注射泵的基本构造，包括：第一注射器推板1、第一直线模组2、注射器固定座一3、注射器固定座二4、第一注射器5、流体管6、第一电动三通阀7、出口三通接头8、进口三通接头9、第二电动三通阀10、第二注射器11、第二直线模组12、第二注射器推板13等，具体结构如下：
第一注射器推板1安装于第一直线模组2的滑台上，跟随滑台往复移动。
第二注射器推板13安装于第二直线模组12的滑台上，跟随滑台往复移动。第一注射器推板1和第二注射器推板13的一侧均平行设置注射器固定座一3和注射器固定座二4，第一注射器5的推杆17一端安装于第一注射器推板1上，第一注射器5的注射筒设置于一组注射器固定座一3和注射器固定座二4上；第二注射器11的推杆17一端安装于第二注射器推板13上，第二注射器11的注射筒设置于另一组注射器固定座一3和注射器固定座二4上；第一注射器5的一端通过流体管6连接第一电动三通阀7，第一电动三通阀7分别通过流体管连接出口三通接头8、进口三通接头9的一个端口，第二注射器11的一端通过流体管6连接第二电动三通阀10，第二电动三通阀10分别通过流体管连接出口三通接头8、进口三通接头9的另一个端口。
其中，第一注射器推板1、第二注射器推板13的U型开口内表面均设有卡槽一14，推杆17一端嵌入卡槽一14内，跟随推板移动，并与卡槽一14呈滑动配合，卡槽一宽度2mm。每组平行的注射器固定座一3和注射器固定座二4上，相对设有V型开口，两个注射器固定座一3的V型开口内表面均设有卡槽二15，卡槽二宽度为2mm。两个注射器(第一注射器5、第二注射器11)的注射筒分别安装在一组的注射器固定座一3和注射器固定座二4上，每个注射器的尾端卡盘16嵌入注射器固定座一3的卡槽二15中，使注射筒在吸入或排出流体时，不会沿着注射器固定座一3和注射器固定座二4轴向滑动。
两个电动三通阀(第一电动三通阀7、第二电动三通阀10)的顶部第一端口，分别通过流体管6连接两个注射器(第一注射器5、第二注射器11)的端口。两个电动三通阀的侧面第二端口通过流体管接到同一个进口三通接头9的相对两端口，进口三通接头9的另一端口为液体进口。两个电动三通阀的侧面第三端口通过流体管接到同一个出口三通接头8的相对两端口，出口三通接头8的另一端口为液体出口。
本实施例方案使用过程如下：
首先，控制两个电动三通阀都接通注射器端口和进流体端口，两个直线模组分别带动第一注射器推板1、第二注射器推板13和注射器推杆17向后拉，使液体同时注入两个注射器当中，当注射器腔内充满液体时，两个直线模组同时停止运动，控制第一电动三通阀7接通第一注射器5端口和出口三通接头8。第一直线模组2分别带动第一注射器推板1和第一注射器5按照设定流量挤出液体，当第一注射器腔内液体剩余体积10％左右时，第一直线模组2继续保持设定流量运行，同时控制第二电动三通阀10接通第二注射器端口和出口三通接头8。第一直线模组2按照固定减速度减速，同时第二直线模组12按照相同的固定加速度加速，当第一直线模组2运行速度减到零时，第二直线模组12运行速度正好加到设定流量的运行速度。然后，控制第一电动三通阀7接通第一注射器5端口和进口三通接头9，第二直线模组12保持设定流量运行，液体不间歇的从出口三通接头8流出的同时，第一直线模组2带动第一注射器推板1和注射器推杆17向后拉，液体注入第一注射器5当中。当第二注射器11内液体剩余体积10％左右时，按照上述进行切换第一注射器5工作。两个注射器如此循环往复的运行，便可以实现液体的连续挤出，同时能够保持注射器精确的流量控制。
利用两个注射器的独立运行，结合两个电动三通阀和两个三通接头(出口三通接头、进口三通接头)，便可以解决注射器吸入和排出过程中造成的停顿问题，真正意义上实现严格的无间歇连续性工作。
以上是本发明的一种优选实施方式，并不用于限制本发明。其中装置的各个组成部分还可以做若干改进和变形，在不脱离本发明技术的原理的改进和变形，也应视为本发明的保护范围。本发明所述附实施例是对本发明的具体实施方式做进一步详细描述，以下的实施例是用于本发明的说明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
本实施例中，两个注射器采用两个相同的最大容量为10μl的注射器，行程对应容积是0.1μl/mm，要求注射流量为0.05μl/min不间断连续注射。注射开始阶段，控制两个电动三通阀都接通注射器端口和进口三通接头的进流体端口，两个直线模组分别带动推板和注射器推杆向后拉，使液体同时注入两个注射器当中，当注射器腔内充满液体时，两个直线模组同时停止运动，控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和出口三通接头。第一直线模组分别带动第一注射器推板按0.5mm/min的速度推动第一注射器推杆挤出液体，当第一注射器腔内液体剩余2μl时，第一直线模组继续保持设定流量运行，同时控制第二电动三通阀接通第二注射器端口和出口三通接头。第一直线模组按0.1mm/min2的减速度减速运行，同时第二直线模组按0.1mm/min2加速度加速运行。当第一直线模组运行速度减到零时，正好第二直线模组速度正好加到0.5mm/min运行速度，两个注射泵交接过程两个注射器推进速度总和始终保持0.5mm/mi，对应液体流量稳定在0.05μl/min不间断，然后控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和进口三通接头，保持第二直线模组保持设定流量运行，液体不间歇的从出口三通接头流出的同时，第一直线模组带动推板和注射器推杆向后拉，液体注入第一注射器当中。当第二注射器内液体剩余2μl时，按照上述进行切换第一注射器工作。两个注射器如此循环往复的运行，便可以实现液体按恒大流速0.05μl/min连续挤出，同时能够保持注射器精确的流量控制，其流量控制精度<±0.0001μl/min。
实施例2：
本实施例中，两个注射器采用两个相同的最大容量为20ml的注射器，行程对应容积是0.2ml/mm。要求注射流量为1.2ml/min不间断连续注射。注射开始阶段，控制两个电动三通阀都接通注射器端口和进口三通接头的进流体端口，两个直线模组分别带动推板和注射器推杆向后拉，使液体同时注入两个注射器当中，当注射器腔内充满液体时，两个直线模组同时停止运动，控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和出口三通接头。第一直线模组分别带动第一注射器推板按6mm/min的速度推动第一注射器推杆挤出液体，当第一注射器腔内液体剩余4ml时，第一直线模组继续保持设定流量运行，同时控制第二电动三通阀接通第二注射器端口和出口三通接头。第一直线模组按0.5mm/min2的减速度减速运行，同时第二直线模组按0.5mm/min2加速度加速运行。当第一直线模组运行速度减到零时，正好第二直线模组速度正好加到6mm/min运行速度，两个注射泵交接过程两个注射器推进速度总和始终保持6mm/min，对应液体流量稳定在1.2ml/min不间断，然后控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和进口三通接头，保持第二直线模组保持设定流量运行，液体不间歇的从出口三通接头流出的同时，第一直线模组带动推板和注射器推杆向后拉，液体注入第一注射器当中。当第二注射器内液体剩余4ml时，按照上述进行切换第一注射器工作。两个注射器如此循环往复的运行，便可以实现液体按恒大流速1.2ml/min连续挤出，同时能够保持注射器精确的流量控制，其流量控制精度<±0.2μl/min。
实施例3：
本实施例中，两个注射器采用两个相同的最大容量为500ml的注射器，行程对应容积是2.5ml/mm。要求注射流量为50ml/min不间断连续注射。注射开始阶段，控制两个电动三通阀都接通注射器端口和进口三通接头的进流体端口，两个直线模组分别带动推板和注射器推杆向后拉，使液体同时注入两个注射器当中，当注射器腔内充满液体时，两个直线模组同时停止运动，控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和出口三通接头。第一直线模组分别带动第一注射器推板按20mm/min的速度推动第一注射器推杆挤出液体，当第一注射器腔内液体剩余100ml时，第一直线模组继续保持设定流量运行，同时控制第二电动三通阀接通第二注射器端口和出口三通接头。第一直线模组按1mm/min2的减速度减速运行，同时第二直线模组按1mm/min2加速度加速运行。当第一直线模组运行速度减到零时，正好第二直线模组速度正好加到20mm/min运行速度，两个注射泵交接过程两个注射器推进速度总和始终保持20mm/min，对应液体流量稳定在50ml/min不间断，然后控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和进口三通接头，保持第二直线模组保持设定流量运行，液体不间歇的从出口三通接头流出的同时，第一直线模组带动推板和注射器推杆向后拉，液体注入第一注射器当中。当第二注射器内液体剩余100ml时，按照上述进行切换第一注射器工作。两个注射器如此循环往复的运行，便可以实现液体按恒大流速50ml/min连续挤出，同时能够保持注射器精确的流量控制，其流量控制精度<±2.5μl/min。
以上三个实施例是对本发明实施方案的进一步说明，其中的各个组成部分还可以做若干改进和变形，在不脱离本发明技术的原理的改进和变形，也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种可恒定流量连续进料的注射泵，其特征在于，包括：第一注射器推板、第一直线模组、注射器固定座一、注射器固定座二、第一注射器、流体管、第一电动三通阀、出口三通接头、进口三通接头、第二电动三通阀、第二注射器、第二直线模组、第二注射器推板，具体结构如下：
第一注射器推板安装于第一直线模组的滑台上，跟随滑台往复移动；第二注射器推板安装于第二直线模组的滑台上，跟随滑台往复移动；第一注射器推板和第二注射器推板的一侧均平行设置注射器固定座一和注射器固定座二，第一注射器的推杆一端安装于第一注射器推板上，第一注射器的注射筒设置于一组注射器固定座一和注射器固定座二上；第二注射器的推杆一端安装于第二注射器推板上，第二注射器的注射筒设置于另一组注射器固定座一和注射器固定座二上；第一注射器的一端通过流体管连接第一电动三通阀，第一电动三通阀分别通过流体管连接出口三通接头、进口三通接头的一个端口，第二注射器的一端通过流体管连接第二电动三通阀，第二电动三通阀分别通过流体管连接出口三通接头、进口三通接头的另一个端口。
2.按照权利要求1所述的可恒定流量连续进料的注射泵，其特征在于，第一注射器推板、第二注射器推板的U型开口内表面均设有卡槽一，推杆一端嵌入卡槽一内，跟随推板移动，并与卡槽一呈滑动配合。
3.按照权利要求1所述的可恒定流量连续进料的注射泵，其特征在于，每组平行的注射器固定座一和注射器固定座二上，相对设有V型或U型开口，两个注射器固定座一的V型或U型开口内表面均设有卡槽二，每个注射器的尾端卡盘嵌入注射器固定座一的卡槽二中。
4.按照权利要求1所述的可恒定流量连续进料的注射泵，其特征在于，第一电动三通阀、第二电动三通阀的顶部第一端口，分别通过流体管连接第一注射器、第二注射器的端口；两个电动三通阀的侧面第二端口通过流体管接到同一个进口三通接头的相对两端口，进口三通接头的另一端口为液体进口；两个电动三通阀的侧面第三端口通过流体管接到同一个出口三通接头的相对两端口，出口三通接头的另一端口为液体出口。
5.按照权利要求1所述的可恒定流量连续进料的注射泵，其特征在于，第一直线模组、第二直线模组采用但不限于T型丝杠直线模组、滚珠丝杠直线模组、齿轮齿直线模组或皮带线性模组。
6.按照权利要求1所述的可恒定流量连续进料的注射泵，其特征在于，第一注射器、第二注射器采用但不限于塑料注射器、玻璃注射器或金属注射器。
7.一种权利要求1至6之一所述的可恒定流量连续进料的注射泵的使用方法，其特征在于，包括如下过程：
首先，控制两个电动三通阀都接通注射器端口和进流体端口，两个直线模组分别带动第一注射器推板、第二注射器推板和注射器推杆向后拉，使液体同时注入两个注射器当中，当注射器腔内充满液体时，两个直线模组同时停止运动，控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和出口三通接头；第一直线模组分别带动第一注射器推板和第一注射器按照设定流量挤出液体，当第一注射器腔内液体剩余体积5～15％时，第一直线模组继续保持设定流量运行，同时控制第二电动三通阀接通第二注射器端口和出口三通接头；第一直线模组按照固定减速度减速，同时第二直线模组按照相同的固定加速度加速，当第一直线模组运行速度减到零时，第二直线模组运行速度正好加到设定流量的运行速度；然后，控制第一电动三通阀接通第一注射器端口和进口三通接头，第二直线模组保持设定流量运行，液体不间歇的从出口三通接头流出的同时，第一直线模组带动第一注射器推板和注射器推杆向后拉，液体注入第一注射器当中；当第二注射器内液体剩余体积5～15％时，按照上述进行切换第一注射器工作。
8.按照权利要求7所述的可恒定流量连续进料的注射泵的使用方法，其特征在于，两个注射器循环往复的运行，实现液体的连续挤出，同时能够保持注射器精确的流量控制。
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