CN110617200B - 流体泵和相关的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种往复式流体泵包括泵体、对象流体腔室、位于泵体的对象流体腔室内并具有第一头部和第一波纹管的第一柱塞，所述第一柱塞构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，其中第一头部和第一波纹管具有第一横截面尺寸，还包括位于泵体的对象流体腔室内并具有第二头部和第二波纹管，所述第二柱塞构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，其中第二头部和第二波纹管具有第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸小于第一横截面尺寸。

Description

流体泵和相关的系统和方法
技术领域
当前公开的实施例总体上涉及包括往复式柱塞的往复式流体泵，与这种泵一起使用的部件和装置，以及使用这种往复式流体泵和装置的方法。
背景技术
往复式流体泵被在许多工业中使用。往复式流体泵通常在泵体中包括两个流体腔室。典型地，往复式活塞或轴在泵体内被前后驱动。传统地，一个或多个柱塞(例如，隔膜或波纹管)连接到往复式活塞或轴。当往复式活塞沿一个方向移动时，柱塞的运动导致流体被吸入两个流体腔室的第一流体腔室并被从第二腔室排出。当往复式活塞沿相反方向移动时，柱塞的运动导致流体被从第一腔室排出并被吸入第二腔室。腔室入口和腔室出口可以设置成与第一流体腔室流体连通，并且另一腔室入口和另一腔室出口可以设置成与第二流体腔室流体连通。到第一流体腔室和第二流体腔室的腔室入口可以与公用的单个泵入口流体连通，并且来自第一流体腔室和第二流体腔室的腔室出口可以与公用的单个泵出口流体连通，使得流体可以通过泵入口被从单个流体源吸入泵，并且流体可以通过单个泵出口被从泵排出。止回阀(check valves)可以设置在每个流体腔室的腔室入口和腔室出口处，以确保流体只能通过腔室入口流入流体腔室，并且流体只能通过腔室出口流出流体腔室。
发明内容
在一些实施例中，本公开包括用于泵送对象流体的往复式流体泵。往复式流体泵可包括泵体、泵体内的对象流体腔室、第一柱塞和第二柱塞。第一柱塞可以位于泵体的对象流体腔室内，并且可以包括第一头部和从第一头部延伸的第一波纹管(bellows)，第一柱塞构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，其中第一头部和第一波纹管具有第一横截面尺寸。第二柱塞可以位于泵体的对象流体腔室内，并且可以包括第二头部和从第二头部延伸的第二波纹管，第二柱塞构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，其中第二头部和第二波纹管具有小于第一横截面尺寸的第二横截面尺寸。
在一个或多个实施例中，本公开包括用于泵送对象流体的往复式流体泵。往复式流体泵可包括泵体、泵体内的对象流体腔室、第一柱塞和第二柱塞。第一柱塞可以具有第一横截面尺寸并且位于泵体的对象流体腔室内，第一柱塞包括柔性材料并且构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，第二柱塞可以具有小于第一横截面尺寸的第二横截面尺寸并且位于泵体的对象流体腔室内，第二柱塞包括柔性材料并且构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，其中第一柱塞在结构上连接到第二柱塞。
本公开的一些实施例包括一种形成往复式流体泵的方法。该方法可包括，形成在其中具有单个对象流体腔室的泵体，将第一柱塞设置在所述单个对象流体腔室内，第一柱塞具有第一横截面尺寸，将第二柱塞设置在所述单个对象流体腔室内，第二柱塞具有不同的小于第一横截面尺寸的第二横截面尺寸，并且在结构上将第一柱塞连接到第二柱塞。
附图说明
为了详细理解本公开，应结合附图参考下面的详细描述，其中相似的元件大体用相似的数字表示，并且其中：
图1是根据本公开的一个实施例的往复式流体泵的透视图。
图2是根据本发明的往复式流体泵的一个实施例的侧视剖视图；
图3是根据本发明的往复式流体泵的另一实施例的侧视剖视图；和
图4示出了形成根据本公开的往复式流体泵的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
在一些情况下，本文呈现的图示可以不是任何特定往复式流体泵或其部件的实际视图，而是可以仅仅是用于描述本发明的实施例的理想化的表示。另外，图之间共同的元件可以保持相同的数字标记。
如这里所使用的，任何关系术语，例如“第一”，“第二”，“前”，“后”等，是为了理解本公开和附图的清楚和方便而被使用的，并不暗示或者取决于任何特定的偏好或顺序，除非上下文另有明确的说明。
如这里所使用的，参照一个给出的参数，性质或条件的术语“基本上”是指在一个程度上并且包括在一个程度上，本领域技术人员将理解该程度是所述给出的参数，性质或条件在一个小的变化程度上被达到，例如在可接受的制造公差范围内。例如，一个被基本上达到的参数可以是至少约90％达到，至少约95％达到，或甚至至少约99％达到。
本公开的一些实施例包括往复式流体泵，所述往复式流体泵用于使用加压驱动流体泵送对象流体。在一些实施例中，往复式流体泵可包括泵体，第一柱塞，第二柱塞和外部控制器。第一柱塞和第二柱塞可以设置在单个对象流体腔室内，并且可以当往复式流体泵在其操作期间循环时纵向地扩展和压缩。第一柱塞可具有第一横截面尺寸(例如，直径)，第二柱塞可具有第二横截面尺寸(例如，直径)，所述第二横截面尺寸小于第一直径。从而，对象流体腔室的尺寸可以至少部分地由第一柱塞和第二柱塞之间的横截面尺寸(例如，直径)的差异限定。第一柱塞和第二柱塞可以在结构上(例如，物理地)彼此连接。结果，第一柱塞和第二柱塞中的一个的物理运动物理地影响第一柱塞和第二柱塞中的另一个柱塞的运动。从而，第一柱塞和第二柱塞的运动可以被一起操作并被外部控制器控制。
因为第一柱塞和第二柱塞具有不同的直径并且因为单个对象流体腔室至少部分地由第一柱塞和第二柱塞之间的直径差限定，所以本公开的往复式流体泵可提供优于传统流体泵的优点。例如，本公开的往复式流体泵在使用相对大的柱塞(例如，大隔膜)的同时可以使得相对小量(例如，流速(flowrates))的对象流体能够由该往复式流体泵泵送(例如，微剂量)，而不像常规的泵，其利用相对小的隔膜泵送小量的对象流体。使用小隔膜显著降低了隔膜的耐用性和可靠性。例如，小隔膜的波纹管在使用过程中经常会失效。结果，本公开的往复式流体泵可以使相对少量的对象流体能够通过往复式流体泵泵送，同时提高往复式流体泵的耐用性和可靠性。
图1示出了本公开的往复式流体泵100的一个实施例。在一些实施例中，往复式流体泵100构造成使用加压驱动流体泵送对象流体，所述对象流通例如是液体(例如，水，油，酸等)，气体或粉末状物质，所述加压驱动流体例如是压缩气体(例如空气)。因此，在一些实施例中，往复式流体泵100可包括气动操作的流体泵。
往复式流体泵100包括泵体102，泵体102可包括两个或更多个可组装在一起以形成泵体102的部件。例如，泵体102可包括中心体104，可以在中心体104第一侧上附接到中心体104的第一端部件106，以及可以在中心体104相对的第二侧上附接到中心体104的第二端部件108。
往复式流体泵100还可以包括对象流体入口114和对象流体出口116。在往复式流体泵100的操作期间，往复式流体泵100可以通过对象流体入口114将对象流体吸入往复式流体泵100中，并且可以将对象流体从往复式流体泵100通过对象流体出口116排出。
图2是图1的往复式流体泵100的示意性横截面顶视图。往复式流体泵100包括第一柱塞120，第二柱塞122，第一活塞腔室144，第二活塞腔室146，第一活塞140，第二活塞142，第一传感器组件109和第二传感器组件111。泵体102可以在其中包括(例如，可以容纳)腔110。第一柱塞120和第二柱塞122可以设置在腔110内。第一柱塞120和第二柱塞122可以每个由柔性聚合物材料形成并包括柔性聚合物材料(例如，热固性材料或热塑性材料)。如下面进一步详细讨论的，第一柱塞120和第二柱塞120中的每一个可包括例如隔膜和/或波纹管(如图中所示)。此外，当往复式流体泵100在其操作期间循环(即，在从图2中所示的视图的左右水平方向)时，第一柱塞120和第二柱塞122可在腔110内纵向扩展和压缩。
第一柱塞120和第二柱塞122可以将腔110分成在第一柱塞120和第二柱塞122的外部上的对象流体腔室126，第一柱塞120的内部的第一驱动流体腔室127(例如，在第一柱塞120的波纹管内)，以及在第二柱塞122的内部的第二驱动流体腔室129(例如，在第二柱塞122的波纹管内)。如图2所示，第一柱塞120和第二柱塞122可以在结构上(例如，物理地)彼此连接。结果，第一柱塞120和第二柱塞122中的一个的物理运动物理地影响(例如，驱动)第一柱塞120和第二柱塞122中的另一个柱塞的运动。因此，第一柱塞120和第二柱塞122的运动可以被一起操作并由外部控制器170控制，如下面进一步详细讨论的那样。
第一柱塞120可具有第一外部直径D1，第二柱塞122可具有第二外部直径D2。第二柱塞122的第二外部直径D2可以小于第一柱塞120的第一外部直径D1。例如，在一些实施例中，第一柱塞120的第一外部直径D1与第二柱塞122的第二外部直径D2的比率可以在约1.10至约3.00的范围内。在一个或多个实施例中，第一柱塞120的第一外部直径D1与第二柱塞122的第二外部直径D2的比率可为约1.20。在另外的实施例中，第一柱塞120的第一外部直径D1与第二柱塞122的第二外部直径D2的比率可以是约2.00。进一步地，虽然本文描述了特定比率，但是本领域普通技术人员将容易认识到任何大于1.00(例如，3.00、5.00、10.00或更大)的比率都在本公开的范围内。
在一些实施例中，第一柱塞120的第一外部直径D1和对象流体腔室126的内部直径可以至少基本相同(例如，在一英寸的百分之一至百分之一十内)。例如，第一柱塞120的第一外部直径D1可以刚刚略微小于对象流体腔室126的内部直径，以便允许第一柱塞120配合在对象流体腔室126内。结果，在一些实施例中，对象流体腔室126的内部直径与第二柱塞122的第二直径D2的比率可以在约1.10至约3.00的范围内。如下面更详细讨论的，通过往复式流体泵100的对象流体的流速(flow rate)(例如，由往复式流体泵100引起)至少部分地基于第一柱塞120和第二柱塞122之间的直径D1，D2的尺寸差异。
在一个或多个实施例中，第一柱塞120可包括第一头部136和从第一柱塞120的第一头部136延伸的第一波纹管137。另外，第二柱塞122可包括第二头部138和从第二柱塞122的第二头部138延伸的第二波纹管139。此外，第一柱塞120的第一头部136可包括与第一柱塞120的第一波纹管137相反的第一柱塞面141，并且第二柱塞122的第二头部138可包括与第二柱塞122的第二波纹管139相反的第二柱塞面143。
当被以用于操作的取向布置在对象流体腔室126内时，第一柱塞120的第一柱塞面141可面向第二柱塞122的第二柱塞面143。进一步地，在一些实施例中，第一柱塞120的第一柱塞面141可以与第二柱塞122的第二柱塞面143物理接触。此外，在一些例子中，第一柱塞120的第一头部136的一部分可以螺旋拧入第二柱塞122的第二头部138的一部分，或反之亦然。在另外的实施例中，第一柱塞120的第一头部136和第二柱塞122的第二头部138可以是单个的一体的本体(integral body)。另外，在一个或多个实施例中，第一柱塞120和第二柱塞122可以是单个的一体的本体。
第一柱塞120的外围边缘123可以被附接到泵体102，并且流体密封可以在泵体102和第一柱塞120之间被提供。类似地，第二柱塞122的外围边缘125可以被附接到泵体102，并且流体密封可以在泵体102和第二柱塞122之间被提供。
仍然参见图2，泵体102可包括对象流体入口通道130，其从对象流体入口114通过泵体102延伸进入对象流体腔室126，并且泵体102可包括引导对象流体出口通道134，其从对象流体腔室126通过泵体102延伸出到对象流体出口116。从而，对象流体可以通过对象流体入口114被从单个流体源吸入往复式流体泵100中，并且对象流体可以通过对象流体出口116被从往复式流体泵100排出。是在一些实施例中，对象流体入口通道130可包括两个或更多个对象流体入口通道130a，130b。
此外，往复式流体泵100可包括一个或多个对象流体入口止回阀和一个或多个对象流体出口止回阀，其设置在对象流体入口通道130和对象流体出口通道134内。例如，对象流体入口止回阀可以设置在对象流体入口通道130附近，以确保流体能够通过对象流体入口通道130流入对象流体腔室126，但是不能通过对象流体入口通道130从对象流体腔室126流出。对象流体出口止回阀可以设置在对象流体出口通道134附近，以确保流体能够通过对象流体出口通道134从对象流体腔室126流出，但是不能通过第一对象流体出口通道134流入对象流体腔室126。止回阀可包括允许在一个方向上的流动并且限制在相反方向上的流动的任何合适的阀，例如球形止回阀，隔膜止回阀，磁体止回阀等。例如，可以包括一个或多个在Simmons的美国专利申请No.14/262,146(US2014/0334957A1)中描述的球形止回阀，该申请2014年4月25日提交，其公开内容通过引用整体并入本文。
仍参见图2，第一活塞140可包括第一活塞头148和第一轴150。第二活塞142可包括第二活塞头152和第二轴154。第一轴150可以在一个纵向端上从第一活塞头148延伸并可以在一个相反的第二纵向端上联接到第一柱塞120。第一轴150可以联接到第一柱塞120的面向第一驱动流体腔室127的一侧(即，与第一柱塞面141相反)。例如，第一轴150可以从第一活塞头148延伸并进入第一柱塞120(例如，通过第一柱塞120的波纹管)。
此外，第二轴154可以在一个纵向端上从第二活塞头152延伸，并且可以在相反的第二纵向端上联接到第二柱塞122。第二轴154可以联接到第二柱塞122的面向第二驱动流体腔室129的一侧(即，与第二柱塞面143相反)。例如，第二轴154可以从第二活塞头152延伸，并且进入第二柱塞122(例如，通过第二柱塞122的波纹管)。
第一传感器组件109可以从往复式流体泵100的外部延伸并进入第一端部件106的内部。第二传感器组件111可以从往复式流体泵100的外部延伸到第二端部件108的内部。如下面更详细讨论的，往复式流体泵100的外部控制器170可以利用第一传感器组件109和第二传感器组件111来操作往复式流体泵100。
在一些实施例中，第一活塞140的第一活塞头148可包括第一传感器接收腔164。第一传感器接收腔164可至少部分地延伸穿过第一活塞头148。第二活塞142的第二轴154可以包括第二传感器接收腔166。第二传感器接收腔166可至少部分地延伸穿过第二活塞头152。第一传感器接收腔164和第二传感器接收腔166的尺寸和形状被设置为分别接收第一传感器组件109和第二传感器组件111的至少一部分。
在一些实施例中，第一传感器组件109可包括第一传感器部分182和第一靶部分184。第一传感器部分182可设置在第一活塞腔室144内并可延伸穿过第一活塞腔室144。此外，第一传感器部分182可以至少部分地延伸到第一活塞140的第一轴150的第一传感器接收腔164中。第一传感器组件109的第一靶部分184可以设置在第一传感器接收腔164的基部(即，内端)中。第一传感器部分182可以被配置为确定第一传感器部分182与第一靶部分184的接近度。
另外，在一些实施例中，第二传感器组件111可包括第二传感器部分186和第二靶部分188。第二传感器部分186可设置在第二活塞腔室146内并可延伸穿过第二活塞腔室146。第二传感器部分186可至少部分地延伸到第二活塞142的第二轴154的第二传感器容纳腔166中。第二传感器组件111的第二靶部分188可以设置在第一传感器接收腔164的基部(即，内端)中。第二传感器部分186可被配置为确定第二传感器部分186与第二靶部分188的接近度。
在一些实施例中，第一传感器组件109和第二传感器组件111可包括磁性接近传感器和靶。在另外的实施例中，第一传感器组件109和第二传感器组件111可以包括电感式(inductive)接近传感器和靶。在进一步的实施例中，第一传感器组件109和第二传感器组件111可包括光学接近传感器和靶。
仍然参见图2，在一些实施例中，第一端部件106可包括延伸穿过第一端部件106的壁的一个或多个第一驱动流体入口174a、174b。所述一个或多个第一驱动流体入口174a、174b可提供通向第一驱动流体腔室127(在第一柱塞120的波纹管内的所述驱动流体腔室)和第一活塞腔室144的驱动流体流动路径。此外，在一些情况下，所述一个或多个第一驱动流体入口174a，174b可用作第一活塞腔室144的驱动流体出口。此外，所述一个或多个第一驱动流体入口174a，174b可各自包括至少一个阀(例如，止回阀)，其可在往复式流体泵100的特定操作期间在至少一个方向上限制流体流动。
此外，第二端部件108可包括延伸穿过第二端部件108的壁的一个或多个第二驱动流体入口178a、178b。所述一个或多个第二驱动流体入口178a，178b可提供通向第二驱动流体腔室129(在第二柱塞122的波纹管内的所述驱动流体腔室)和第二活塞腔室146的驱动流体流动路径。此外，在一些情况下，一个或多个第二驱动流体入口178a，178b可用作第二活塞腔室146的流体出口。此外，一个或多个第二驱动流体入口178a，178b可各自包括至少一个阀(例如，止回阀)，其可在往复式流体泵100的特定操作期间在至少一个方向上限制流体流动。
在操作期间，从图2的视角，第一柱塞120能够沿向右的方向扩展并且沿向左的方向压缩。类似地，从图2的视角，第二柱塞122能够沿向左的方向扩展并且沿向右的方向压缩。换句话说，在操作期间第一柱塞120和第二柱塞122可以循环通过压缩和扩展冲程。
当第一柱塞120扩展(即，移动通过扩展冲程)并且第二柱塞122压缩(即，移动通过压缩冲程)时，第一驱动流体腔室127的容积增加，对象流体腔室126的容积减小，并且第二驱动流体腔室129的容积减小。结果，对象流体可以通过对象流体出口通道134从对象流体腔室126排出。第一柱塞120可以至少部分地通过在第一驱动流体腔室127内提供加压驱动流体而被延伸。此外，通过第一柱塞120的扩展并使第二活塞腔室146和第二驱动流体腔129排放，第二柱塞122可以被压缩。
反过来，当第二柱塞122扩展(即，移动通过扩展冲程)并且第一柱塞120压缩(即，移动通过压缩冲程)时，第二驱动流体腔室129的容积增加，对象流体腔室126的容积增加，并且第一驱动流体腔室127的容积减小。结果，对象流体可以通过对象流体入口通道130被吸入对象流体腔室126中。第二柱塞122可以被扩张，并且第一柱塞120可以至少部分地通过第二柱塞122的扩张以及第一活塞腔室144和第一驱动流体腔室127排放而被压缩。如下面更详细讨论的，第一柱塞120和第二柱塞122的压缩和扩展可以由外部控制器170控制。
为了开始第一柱塞120的扩展冲程，可以通过往复式流体泵100的第一端部件106的所述一个或多个第一驱动流体入口174a，174b将加压驱动流体送入。例如，在一些情况下，加压驱动流体(例如，空气)可以通过所述一个或多个第一驱动流体入口174a，174b送入第一驱动流体腔室127中并送入第一活塞腔室144中。结果，第一驱动流体腔室127和第一活塞腔室144可以用加压驱动流体加压，这可以使第一柱塞120开始扩展冲程。换句话说，对第一驱动流体腔室127和第一活塞腔室144加压可以使第一柱塞120(和第一柱塞120的波纹管)扩展。
当第一柱塞120移动通过扩展冲程时，通过对象流体出口通道134，并且通过对象流体出口116，对象流体腔室126内的对象流体可以从对象流体腔室126排出。
在从对象流体腔室126排出对象流体之后，为了开始第一柱塞120的压缩冲程，第一驱动流体腔室127和第一活塞腔室144可以被减压(例如，排放至环境(ambient)，减压区域或真空)。如下所述，第一柱塞120由于第二柱塞122的扩展冲程而被压缩。当第一柱塞120移动通过压缩冲程时，对象流体可通过对象流体入口通道130被抽吸并进入对象流体腔室126。
为了开始第二柱塞122的扩展冲程，可以通过往复式流体泵100的第二端部件108的所述一个或多个第二驱动流体入口178a，178b将加压驱动流体送入。例如，在一些情况下，加压驱动流体可以通过所述一个或多个第二驱动流体入口178a，178b送入第二驱动流体腔室129和第二活塞腔室146。结果，第二驱动流体腔室129和第二活塞腔室146可以用加压驱动流体加压，这可以使第二柱塞122开始扩展冲程。换句话说，对第二驱动流体腔室129和第二活塞腔室146加压可以使第二柱塞122(和第二柱塞122的波纹管)扩展。当第二柱塞122移动通过扩展冲程时，对象流体可以通过对象流体入口通道130被吸入对象流体腔室126中。
在将对象流体吸入对象流体腔室126中之后，为了开始第二柱塞122的压缩冲程，第二驱动流体腔室129和第二活塞腔室146可以被减压(例如，排放至环境，减小的压力，或甚至是真空)，并且第一柱塞120可以移动通过扩展冲程(如上所述)。当第二柱塞122移动通过压缩冲程时，对象流体可以从对象流体腔室126排出并通过对象流体出口通道134。
因此，为了驱动往复式流体泵100的泵送作用，第一驱动流体腔室127和第二驱动流体腔室129可以以交替或循环的方式被加压，以是第一柱塞120和第二柱塞122，如上所述地，在泵体102内前后往复运动(例如，移动通过顺序的扩展和压缩冲程)。
在一些实施例中，如本领域普通技术人员将理解的，往复式流体泵100可包括变换机构，用于在第一驱动流体腔室127和第二驱动流体腔室129之间使加压驱动流体的流动前后变换。在一些情况下，变换机构可包括例如第一活塞140、第二活塞142以及梭阀(shuttlevalve)。例如，往复式流体泵100可包括如Simmons等人的美国专利申请No.13/228,934中所描述的梭阀组件，该申请在2011年9月9日提交，其公开内容通过引用整体并入本文。
再次参照图2，如上所述，在一个或多个实施例中，泵送动作(例如，第一柱塞120和第二柱塞122的扩展和压缩冲程)可以由外部控制器170操作。具体地，外部控制器170可以可操作地联接到驱动流体源(例如，压缩空气源)并且可以控制驱动流体在什么时候和什么位置被送入到往复式流体泵100中。在一些实施例中，外部控制器170可以包括可编程逻辑控制器(PLC)。例如，外部控制器170可以包括数字计算机，该数字计算机已经被加固并被适配为用于控制过程(例如，泵送流体)。在一些实施例中，外部控制器170可包括由GALILTM制造的RIO-47100或本领域已知的任何其他PLC。
在一个或多个实施例中，外部控制器170可以可操作地联接到往复式流体泵100的第一传感器组件109和第二传感器组件111。如上所述，第一传感器组件109可以设置在往复式流体泵100的第一端部件106内，并且第二传感器组件111可设置在往复式流体泵100的第二端部件108内。此外，如上所述，第一、第二传感器组件109,111的第一、第二传感器部分被配置为分别确定第一、第二传感器部分与第一、第二靶部分的接近度。
基于所确定的第一传感器部分182与第一靶部分184的接近度以及所确定的第二传感器部分186与第二靶部分188的接近度，外部控制器170可以操作第一柱塞120和第二柱塞122的扩展和压缩冲程。例如，在往复式流体泵100的泵送动作期间，外部控制器170可利用第一传感器组件109和第二传感器组件111来感测第一柱塞120和第二柱塞122的扩展和压缩冲程的末端。例如，当外部控制器170(通过第一传感器组件109)感测到第一传感器组件109的第一传感器部分182相对于第一传感器组件109的第一靶部分184处于最接近的位置时，外部控制器170可确定第一柱塞120处于压缩冲程的末端。此外，基于确定了第一柱塞120处于压缩冲程的末端，外部控制器170可以使加压驱动流体被送入第一活塞腔室144和第一驱动流体腔室127中以便开始第一柱塞120的扩展行程。
反过来，当外部控制器170(经由第一传感器组件109)感测到第一传感器组件109的第一传感器部分182相对于第一传感器组件109的第一靶部分184处于最小的接近(即，最远)的位置时，外部控制器170可以确定第一柱塞120处于扩展冲程的末端，外部控制器170可以使第一驱动流体腔室127和第一活塞腔室144减压并且可以使加压驱动流体被引入第二活塞腔室146中以开始第一柱塞120的压缩冲程。此外，外部控制器170可以以类似的方式使用第二传感器组件111以使第二柱塞122移动通过扩展和压缩冲程。鉴于前述内容，外部控制器170可利用第一传感器组件109和第二传感器组件111来确定何时向各个阀(例如，第一驱动流体入口174和第二驱动流体入口178内的阀)发信号以独立地使第一驱动流体腔室127和第二驱动流体腔室129加压和排气(例如，引起并控制第一柱塞120和第二柱塞122的扩展和压缩冲程)。
如上所述，往复式流体泵100可基于第一柱塞120和第二柱塞122的尺寸差异(例如，直径D1，D2的差异)泵送对象流体。具体地，对象流体腔室126的尺寸基于第一柱塞120和第二柱塞122之间的尺寸差异被确定(例如，被定义)。结果，在往复式流体泵100的每个完整的冲程(例如，每个柱塞的扩展和压缩行程)期间，有多少对象流体被吸入对象流体腔室126并被从对象流体腔室126排出基于第一柱塞120和第二柱塞122之间的尺寸差异而被确定。例如，如果第一柱塞120和第二柱塞122相对地接近于相同的尺寸，对象流体腔室126的尺寸将相对较小，并且在往复式流体泵100的每次冲程期间泵送的流体量将相对较小。此外，对象流体腔室126的尺寸随着第一柱塞120的尺寸与第二柱塞122的尺寸之间的差异的增加而增加。因此，在往复式流体泵100的每个行程期间要泵送的流体量可以根据第一柱塞120和第二柱塞122的尺寸差异来选择。
仍然参见图2，在一些实施例中，腔110的内部直径可以是大约3.0英寸，第二柱塞122的第二直径D2可以是大约1.5英寸。此外，第一柱塞120和第二柱塞122可在腔110内纵向前后平移的距离可为约1.5英寸。从而，在往复式流体泵100的一个完整循环期间，往复式流体泵100可泵送(例如，喷射)约8.0in3的对象流体。尽管提供了第一柱塞120和第二柱塞122的特定直径和特定的平移距离，但是本领域普通技术人员将容易地认识到第一柱塞120和第二柱塞122的直径D1、D2可以是任何尺寸并且平移距离可以是任何大小。例如，第一柱塞120的第一直径D1可以在约1.0英寸至约6.0英寸的范围内，第二柱塞122的第二直径D2可以在约0.5英寸至约5.5英寸的范围内。此外，平移距离可以在约0.5英寸至约2.0英寸的范围内。
作为前述的结果，本公开的往复式流体泵100可提供优于传统流体泵的优点。例如，本公开的往复式流体泵100在使用相对大的柱塞(例如，大隔膜)的同时可以使得相对小量的对象流体(例如，微剂量)能够由往复式流体泵100泵送，而与传统的泵不同，传统的泵使用相对较小的隔膜泵送小量的主体液体。使用小隔膜显着降低了隔膜的耐用性和可靠性。例如，小隔膜的波纹管在使用中经常会失效。结果，本公开的往复式流体泵100可以使相对小量(例如，小流速(flowrates))的对象流体(例如，微剂量(microdosing))能够由往复式流体泵100泵送，同时增加往复式流体泵100的耐久性和可靠性。
尽管图1和图2的往复式流体泵100示出为采用两个柱塞，但是本公开的流体泵的另外的实施例可包括比两个柱塞更多的柱塞。另外，在一些实施例中，往复式流体泵100可包括形成为单个的一体的部件的两个柱塞，其中所述单个的一体的部件的每个端部上的直径的尺寸不同。
图3包括往复式流体泵300的示意性俯视横截面图，该往复式流体泵300具有第一柱塞120的第一外部直径D1与第二外部直径D2的不同比率。特别地，在图3的实施例中，第一柱塞120的第一外部直径D1与第二外部直径D2的比率约为1.2。
图4示出了方法400的流程图，该方法形成根据本公开的一个或多个实施例的往复式流体泵100。在一些实施例中，方法400可以包括形成泵体102的动作410。例如，动作410可以包括形成具有单个对象流体腔室126的泵体102。在一些情况下，动作410可以包括将第一端部件106和第二端部件108附接到中心体104。在一个或多个实施例中，动作410可以包括根据上面参照图1-3所描述的任何配置来形成泵体102。
方法400可以进一步包括将第一柱塞120布置在单个对象流体腔室126内的动作420。例如，动作420可以包括将第一柱塞120布置在单个对象流体腔室126内，第一柱塞120具有第一直径D1。在一些实施例中，动作420可包括将具有第一头部136和第一波纹管137的第一柱塞120布置在单个对象流体腔室126内。
另外，方法400可以包括将第二柱塞122布置在单个对象流体腔室126内的动作430。例如，动作430可以包括将第二柱塞122布置在单个对象流体腔室126内，第二柱塞122具有不同的小于第一直径D1的第二直径D2。在一些实施例中，动作430可包括将具有第二头部138和第二波纹管139的第二柱塞122布置在单个对象流体腔室126内。在一个或多个实施例中，动作420和430可包括将泵体102的腔110划分为在第一柱塞120和第二柱塞122的外部的对象流体腔室126，在第一柱塞120的内部的第一驱动流体腔室127(例如，在第一柱塞120的波纹管内)，以及在第二柱塞122的内部的第二驱动流体腔室129(例如，在第二柱塞122的波纹管内)。此外，动作420和430可包括根据上面参照图2和图3描述的任何配置将第一柱塞120和第二柱塞122布置在对象流体腔室126内。
此外，方法400可以包括将第一柱塞120结构连接到第二柱塞122的动作440。例如，动作440可以包括将第一柱塞120的一部分螺旋拧入第二柱塞122的一部分中。动作440可以包括以任何合适的方式(例如，粘合剂，紧固件，一体地形成第一柱塞120和第二柱塞122)在结构上连接第一柱塞120和第二柱塞122。另外，动作440可以包括根据上面参照图2和图3描述的任何配置来连接第一柱塞120和第二柱塞122。
在一些实施例中，方法400还可包括选择第一柱塞120和第二柱塞122以使第一柱塞120的第一直径D1与第二柱塞122的第二直径D2的比率在约1.10至约3.00的范围内。在另外的实施例中，方法400可以包括选择第一柱塞120和第二柱塞122的直径D1、D2以具有约1.20的比率。在进一步的实施例中，方法400可以包括选择第一柱塞120和第二柱塞122的直径D1、D2以具有约2.00的比率。
以上描述并在附图中示出的本公开的实施例不限制本公开的范围，本公开的范围包含在所附权利要求及其法律上的等同物的范围内。任何等同的实施方案都在本公开的范围内。实际上，除了本文所示和所述的那些之外，本公开的各种修改，例如替代性的所描述的元素的有用的组合，对于本领域技术人员而言将从本说明中变得显而易见。这些修改和实施例也落入所附权利要求和等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种用于泵送对象流体的往复式流体泵，包括：
泵体；
泵体内的对象流体腔室，所述对象流体腔室具有基本上一致的内径；
第一柱塞，其位于泵体的对象流体腔室内，并且包括第一头部和从第一头部延伸的第一波纹管，第一柱塞构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，
其中第一头部和第一波纹管具有第一外径，所述第一外径至少基本上等于所述对象流体腔室的所述基本上一致的内径；和
第二柱塞，其位于泵体的对象流体腔室内，并且包括第二头部和从第二头部延伸的第二波纹管，第二柱塞构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，其中第二头部和第二波纹管具有小于所述第一外径的第二外径。
2.根据权利要求1所述的往复式流体泵，其中，第一柱塞的第一头部在结构上连接到第二柱塞的第二头部。
3.根据权利要求1所述的往复式流体泵，其中，所述第一柱塞的所述第一头部包括第一柱塞面，并且其中所述第二柱塞的所述第二头部包括第二柱塞面，所述第二柱塞面与所述第一头部的所述第一柱塞面物理接触。
4.根据权利要求1所述的往复式流体泵，其中，所述第一柱塞的所述第一头部的一部分螺旋拧入所述第二柱塞的所述第二头部的一部分中。
5.根据权利要求1所述的往复式流体泵，其中，所述第一柱塞的第一外径与所述第二柱塞的第二外径的比率在1.10至3.00的范围内。
6.根据权利要求5所述的往复式流体泵，其中，第一柱塞的第一外径与第二柱塞的第二外径的比率为1.20。
7.根据权利要求5所述的往复式流体泵，其中，第一柱塞的第一外径与第二柱塞的第二外径的比率为2.00。
8.根据权利要求1所述的往复式流体泵，其中所述第一柱塞和所述第二柱塞包括单个的一体的本体。
9.一种用于泵送对象流体的往复式流体泵，包括：
泵体；
泵体内的对象流体腔室，所述对象流体腔室具有基本上一致的内径；
第一柱塞，所述第一柱塞具有第一横截面尺寸并且位于泵体的对象流体腔室内，第一柱塞包括柔性材料并且构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，
所述第一柱塞具有第一外径，所述第一外径至少基本上等于所述对象流体腔室的所述基本上一致的内径；
第二柱塞，所述第二柱塞具有小于第一横截面尺寸的第二横截面尺寸并且位于泵体的对象流体腔室内，第二柱塞包括柔性材料并且构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，其中第一柱塞在结构上连接到第二柱塞；
第一传感器组件，所述第一传感器组件从所述泵体外延伸并至少部分地进入所述第一柱塞中并且被配置为感测所述第一柱塞的部分；
第二传感器组件，所述第二传感器组件从所述泵体外延伸并至少部分地进入所述第二柱塞中并且被配置为感测所述第二柱塞的部分。
10.根据权利要求9所述的往复式流体泵，其中，由所述往复式流体泵引起的所述对象流体的流速至少部分地基于所述第一柱塞的横截面尺寸的大小与第二柱塞的横截面尺寸的大小之间的差异。
11.根据权利要求9所述的往复式流体泵，其中，第一柱塞的所述第一横截面尺寸和对象流体腔室的横截面尺寸基本上相同。
12.根据权利要求9所述的往复式流体泵，其中所述第一柱塞包括第一头部和从所述第一头部延伸的第一波纹管，并且其中所述第二柱塞包括第二头部和从所述第二头部延伸的第二波纹管。
13.根据权利要求12所述的往复式流体泵，还包括：
第一驱动流体腔室，所述第一驱动流体腔室至少部分地限定在第一柱塞的第一波纹管内；和
第二驱动流体腔室，所述第二驱动流体腔室至少部分地限定在第二柱塞的第二波纹管内。
14.根据权利要求12所述的往复式流体泵，
第一活塞腔室，所述第一活塞腔室至少部分地形成在第一柱塞的第一波纹管内；
第二活塞腔室，所述第二活塞腔室至少部分地形成在第二柱塞的第二波纹管内；
第一活塞，所述第一活塞联接到第一柱塞并至少部分地设置在第一活塞腔室内；和
第二活塞，所述第二活塞联接到第二柱塞并且至少部分地设置在第二活塞腔室内。
15.根据权利要求9所述的往复式流体泵，还包括：
对象流体入口，所述对象流体入口从泵体的外部延伸并进入对象流体腔室；和
对象流体出口，所述对象流体出口从对象流体腔室延伸并到达泵体的外部。
16.根据权利要求14所述的往复式流体泵，其中，所述泵体包括：
中心体，所述中心体至少部分地容纳对象流体腔室；
第一端部件，所述第一端部件在中心体的第一侧上连接到中心体上，并至少部分地容纳第一活塞腔室；和
第二端部件，所述第二端部件在中心体的第二侧上连接到中心体上，并至少部分地容纳第二活塞腔室。
17.根据权利要求9所述的往复式流体泵，
其中，所述第一传感器组件与所述第一柱塞共享纵向轴线，并且
其中，所述第二传感器组件与所述第二柱塞共享纵向轴线。
18.一种形成往复式流体泵的方法，该方法包括：
形成泵体，所述泵体在其中具有单个对象流体腔室，所述对象流体腔室具有基本上一致的内径；
将包括第一头部和从第一头部延伸的第一波纹管的第一柱塞设置在单个对象流体腔室内，所述第一柱塞被构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，所述第一头部和第一波纹管具有第一外径，所述第一外径至少基本上等于所述对象流体的所述基本上一致的内径；
将包括第二头部和从第二头部延伸的第二波纹管的第二柱塞设置在所述单个对象流体腔室内，所述第二柱塞被构造成在往复动作中扩展和压缩以将对象流体泵送通过泵体内的对象流体腔室，所述第二头部和第二波纹管具有小于所述第一外径的第二外径；和
在结构上将第一柱塞连接到第二柱塞。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，在结构上将所述第一柱塞连接到所述第二柱塞包括将所述第一柱塞的一部分螺旋拧入所述第二柱塞的一部分中。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括选择所述第一柱塞和所述第二柱塞以使所述第一柱塞的所述第一外径与所述第二柱塞的不同的所述第二外径的比率在1.10至3.00的范围内。
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