CN110905754A - 高精度流量控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流体控制系统技术领域,尤其涉及高精度流量控制系统,包括有纳升定量泵、装有流体原料的压力容器、控制器,纳升定量泵包括有座体、缸体、柱塞杆、柱塞、驱动装置、进料管、出料管,柱塞固定在柱塞杆上,缸体的前端开设有前进料口、前出料口,缸体的后端开设有后进料口、后出料口,前进料口设有前进料开关阀,前出料口设有前出料开关阀,后进料口设有后进料开关阀,后出料口设有后出料开关阀,进料管的出口分别与前进料开关阀、后进料开关阀连通,出料管的入口分别与前出料开关阀、后出料开关阀连通,能够实现流体连续输出,对流体不存在剪切力作用,能高精度控制流体的流量和输出量,能够快速清洗纳升定量泵。
Description
技术领域:
本发明涉及流体控制系统技术领域,尤其涉及高精度流量控制系统。
背景技术:
目前,主要使用齿轮泵、叶片泵或柱塞泵作为液体输送的动力装置。在涂料喷涂、胶水喷涂行业中,涂料和胶水具有高粘度及对剪切力敏感的特点,小流量输送时很难实现精确控制。现有齿轮泵、叶片泵产品用于输送涂料或胶水时,受涂料或胶水高粘度的影响无法实现小流量精确控制,精度低,且受机械密封结构限制,不适用于高压工况;齿轮泵靠齿轮啮合密封和输送流量,对流体剪切力大,不适用于涂料和胶水经等对剪切力敏感的流体。现有的流量控制系统有些使用柱塞泵作为计量泵,柱塞泵产品为单方向挤出结构,工作时先将流体吸入缸体内储存,然后再将缸体内的流体推送出去,如此反复,需要等待回吸流体时间,只能实现间歇性输送流体的功能,只适用于断继控制,不适用于连续控制。
发明内容:
本发明的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种能够高精度控制液体输出流量、能够连续定量输出液体的高精度流量控制系统。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
高精度流量控制系统,包括有纳升定量泵、装有流体原料的压力容器、控制器,纳升定量泵包括有座体、沿前后方向设置在座体上的缸体、沿前后方向滑动设置在缸体内的柱塞杆、与缸体内腔滑动配合的柱塞、驱动柱塞杆沿前后方向往复直线运动的驱动装置、进料管、出料管,柱塞固定在柱塞杆上,缸体的前端开设有前进料口、前出料口,缸体的后端开设有后进料口、后出料口,前进料口设有前进料开关阀,前出料口设有前出料开关阀,后进料口设有后进料开关阀,后出料口设有后出料开关阀,进料管的出口分别与前进料开关阀、后进料开关阀连通,出料管的入口分别与前出料开关阀、后出料开关阀连通,进料管的入口通过管道与压力容器的底部连通,驱动装置与控制器的输出端电连接;控制器控制驱动装置驱动柱塞杆和柱塞沿前后方向往复直线运动,当柱塞向前运动时,前进料开关阀和后出料开关阀关闭,后进料开关阀和前出料开关阀打开;当柱塞向后运动时,前进料开关阀和后出料开关阀打开,后进料开关阀和前出料开关阀关闭。
所述驱动装置包括有沿前后方向设置在座体上的直线电机,直线电机的输出轴与柱塞杆连接,直线电机与控制器电连接。
所述直线电机为直线伺服电机或直线步进电机。
所述驱动装置还包括有滑动座、沿前后方向设置在座体上的滑动导轨,直线电机的输出轴与柱塞杆之间通过滑动座连接,滑动座滑动连接在滑动导轨上。
所述直线电机上连接有用于检测直线电机的转子位置信号的绝对值编码器,绝对值编码器与控制器的输入端电连接。
所述压力容器上设有压力控制阀,控制器与压力控制阀电连接。
所述前进料开关阀、后进料开关阀、前出料开关阀和后出料开关阀均为气控阀。
所述座体上设有2个换向电磁阀,2个换向电磁阀分别与控制器的输出端电连接,前进料开关阀和后出料开关阀的气信号控制口均通过管道与其中一个换向电磁阀连通,后进料开关阀、前出料开关阀的气信号控制口均通过管道与另一个换向电磁阀连通。
本发明有益效果在于:本发明的高精度流量控制系统包括有纳升定量泵、装有流体原料的压力容器、控制器,纳升定量泵包括有座体、缸体、柱塞杆、柱塞、驱动装置、进料管、出料管,柱塞固定在柱塞杆上,缸体的前端开设有前进料口、前出料口,缸体的后端开设有后进料口、后出料口,前进料口设有前进料开关阀,前出料口设有前出料开关阀,后进料口设有后进料开关阀,后出料口设有后出料开关阀,进料管的出口分别与前进料开关阀、后进料开关阀连通,出料管的入口分别与前出料开关阀、后出料开关阀连通,驱动装置驱动柱塞杆和柱塞沿前后方向往复直线运动,当柱塞向前运动时,前进料开关阀和后出料开关阀关闭,后进料开关阀和前出料开关阀打开,缸体前腔室中的流体原料在柱塞的推动下由前出料口推出到出料管输送出去,同时缸体后腔室产生吸力将流体原料依次由进料管、后进料口吸入缸体后腔室中;当柱塞向后运动时,前进料开关阀和后出料开关阀打开,后进料开关阀和前出料开关阀关闭,缸体后腔室中的流体原料在柱塞的推动下由后出料口推出到出料管输送出去,同时缸体前腔室产生吸力将流体原料依次由进料管、前进料口吸入缸体前腔室中,如此循环,相比于传统的柱塞泵,本发明的高精度流量控制系统具有以下优点:
1、驱动装置正向运动过程和反向运动过程都能够输出流体原料,能够实现流体连续输出;
2、通过柱塞的直线运动推动流体原料运动,对流体不存在剪切力作用,能够用于输送剪切力敏感的水性涂料和胶水;
3、通过控制柱塞移动的速度和距离就能高精度控制流体的流量和输出量,能够连续定量输出液体,能够实现纳升级流体控制,能够实现断续定量挤出、连续定流量控制等;
4、缸体具有自抽吸能力,流体入口不需加装动力装置,结构简单,控制更方便;
5、前进料开关阀、后进料开关阀、前出料开关阀和后出料开关阀都为主动控制阀,能够分别单独控制打开和关闭,能够全部打开,各个开关阀全部打开后,通入水或清洗溶液时能够快速流过进料管、缸体的前后腔室、各个开关阀、出料管,能够快速清洗高精度流量控制系统;
6、驱动装置包括有沿前后方向设置在座体上的直线电机,直线电机的输出轴与柱塞杆连接,柱塞移动的速度与直线电机的转速成正比,通过控制直线电机的转速就能够精确控制柱塞移动的速度,从而能够高精度控制输出液体的流量,流量计量精确。
附图说明:
图1是本发明流量控制系统的结构示意图;
图2是本发明纳升定量泵的结构示意图;
图3是本发明纳升定量泵缸体的结构示意图;
图4是本发明纳升定量泵柱塞向前运动过程中的结构示意图;
图5是本发明纳升定量泵柱塞向后运动过程中的结构示意图;
图6是本发明纳升定量泵清洗过程中的结构示意图;
图7是本发明流量控制系统的控制原理图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明作进一步的说明,见图1-7所示,本发明的高精度流量控制系统包括有纳升定量泵、装有流体原料的压力容器8、控制器9,纳升定量泵包括有座体1、沿前后方向设置在座体1上的缸体2、沿前后方向滑动设置在缸体2内的柱塞杆3、与缸体2内腔滑动配合的柱塞4、驱动柱塞杆3沿前后方向往复直线运动的驱动装置5、进料管6、出料管7,柱塞4固定在柱塞杆3上,柱塞4将缸体2的内腔分隔形成前腔室和后腔室。缸体2的前端开设有前进料口21、前出料口22,前进料口21和前出料口22与前腔室连通,缸体2的后端开设有后进料口23、后出料口24,后进料口23和后出料口24与后腔室连通,前进料口21设有前进料开关阀25,前出料口22设有前出料开关阀26,后进料口23设有后进料开关阀27,后出料口24设有后出料开关阀28,进料管6的出口分别与前进料开关阀25、后进料开关阀27连通,出料管7的入口分别与前出料开关阀26、后出料开关阀28连通,进料管6的入口通过管道与压力容器8的底部连通。驱动装置5与控制器9的输出端电连接;。这种高精度流量控制系统的纳升定量泵反应速度快,换向时间短,脉动极小,能够实现平滑、零脉动定流量控制。通过设置不同容量的缸体2可以实现广范围流量控制,耐腐蚀材料制作的自迫紧密封件和柱塞4,高粘度和低粘度流体在低压和高压工况中都能适用。
控制器9控制驱动装置5驱动柱塞杆3和柱塞4沿前后方向往复直线运动,当柱塞4向前运动时,前进料开关阀25和后出料开关阀28关闭,后进料开关阀27和前出料开关阀26打开,缸体2前腔室中的流体原料在柱塞4的推动下由前出料口22推出到出料管7输送出去,同时缸体2后腔室产生吸力将将压力容器8中的流体原料依次由进料管6、后进料口23吸入缸体2后腔室中;当柱塞4向后运动时,前进料开关阀25和后出料开关阀28打开,后进料开关阀27和前出料开关阀26关闭,缸体2后腔室中的流体原料在柱塞4的推动下由后出料口24推出到出料管7输送出去,同时缸体2前腔室产生吸力将压力容器8中的将流体原料依次由进料管6、前进料口21吸入缸体2前腔室中,缸体2的一个腔室出料时另一腔室同时吸料,如此循环。
驱动装置5正向运动过程和反向运动过程都能够输出流体原料,能够实现流体连续输出供给;通过柱塞4的直线运动推动流体原料运动,对流体不存在剪切力作用,能够用于输送剪切力敏感的水性涂料和胶水;通过控制柱塞4移动的速度和距离就能高精度控制流体的流量和输出量,能够连续定量输出液体,能够实现纳升级流体控制,能够实现断续定量挤出、连续定流量控制等;缸体2具有自抽吸能力,流体入口不需加装动力装置,结构简单,控制更方便;前进料开关阀25、后进料开关阀27、前出料开关阀26和后出料开关阀28都为主动控制阀,能够分别单独控制打开和关闭,能够全部打开,各个开关阀全部打开后,通入水或清洗溶液时能够快速流过进料管6、缸体2的前后腔室、各个开关阀、出料管7而将流体原料冲洗掉,能够快速清洗纳升计量泵,而传统柱塞泵需要重复很多次抽吸、挤出的动作才能起到清洗的作用,清洗效率低,并且柱塞泵内部很容易残留流体原料,清洗效果不好。
驱动装置5包括有沿前后方向设置在座体1上的直线电机51,直线电机51的输出轴与柱塞杆3连接,直线电机51与控制器9电连接,柱塞4移动的速度与直线电机51的转速成正比,通过控制直线电机51的转速就能够精确控制柱塞4移动的速度,从而能够高精度控制输出液体的流量,流量计量精确,能够实现微米级行程控制。
驱动装置5还包括有滑动座52、沿前后方向设置在座体1上的滑动导轨53,直线电机51的输出轴与柱塞杆3之间通过滑动座52连接,滑动座52滑动连接在滑动导轨53上,使得滑动座52滑动更平稳。直线电机51为直线伺服电机或直线步进电机。
直线电机51上连接有用于检测直线电机51的转子位置信号的绝对值编码器54,直线电机51的转轴驱动连接绝对值编码器54,绝对值编码器54与控制器9的输入端电连接。通过绝对值编码器54能够检测出直线电机51转动的圈数,从而得出直线电机51的输出轴的行程位置数据,预先设定好直线电机51的向前行程极限位置的行程位置数据以及向后行程极限位置的行程位置数据。通过直线电机51带动转动带动滑动座52、柱塞杆3和柱塞4一起沿前后方向直线运动,当检测到直线电机51的输出轴向前运动至与设定的行程位置数据相符时,直线电机51自动反向转动带动滑动座52、柱塞杆3和柱塞4一起向后直线运动,当检测到直线电机51的输出轴向后运动至与设定的行程位置数据相符时,直线电机51自动反向转动带动滑动座52、柱塞杆3和柱塞4一起向前直线运动,如此循环,通过行程位置数据控制直线电机51不断地正转、反转,实现柱塞4的往复直线运动,控制简单方便,反应速度快,换向时间短,脉动极小,能够实现平滑、零脉动定流量控制。
前进料开关阀25、后进料开关阀27、前出料开关阀26和后出料开关阀28均为气控阀,反应动作速度快,控制方便。座体1上设有2个换向电磁阀11,2个换向电磁阀11分别与控制器9的输出端电连接,前进料开关阀25和后出料开关阀28的气信号控制口均通过管道与其中一个换向电磁阀11连通,后进料开关阀27、前出料开关阀26的气信号控制口均通过管道与另一个换向电磁阀11连通,通过换向电磁阀11为前进料开关阀25、后进料开关阀27、前出料开关阀26和后出料开关阀28提供气信号。
绝对值编码器54实时检测直线电机51转动的圈数,并反馈给控制器9,通过控制器9计算出直线电机51的输出轴的实时行程位置数据,当直线电机51的输出轴向运动至与设定的行程位置数据相符时,控制器9分别向直线电机51、2个换向电磁阀11发送执行相反动作状态的信号,直线电机51自动反向转动带动滑动座52、柱塞杆3和柱塞4一起反向运动,同时前进料开关阀25、后进料开关阀27、前出料开关阀26和后出料开关阀28各个开关阀均自动进行相反状态的切换,关闭的切换为打开,而打开的切换为关闭,通过行程位置数据控制直线电机51不断地正转、反转及控制各个开关阀不断地切换工作状态,实现柱塞4的往复直线运动及液体的连续输出供给,控制简单方便,反应速度快,换向时间短,脉动极小,能够实现平滑、零脉动定流量控制。
本发明通过电流计检测直线电机51的工作电流,由于直线电机51的扭力与直线电机51的工作电流成正比,缸体2内的压力与直线电机51的扭力成正比,因此通过检测直线电机51的工作电流就能够获得缸体2内的压力大小,当检测到缸体2内的压力过大时自动控制直线电机51减速或待机,当检测到缸体2内的压力正常时自动控制直线电机51继续运行。在缸体2的出口关闭或堵塞时,电机能减速或待机,并在出口打开或疏通时自动继续运行,安全可靠。
压力容器8上设有压力控制阀81,压力控制阀81可以为减压阀,控制器9与压力控制阀81电连接,控制器9能够根据纳升定量泵的工作状态通过压力控制阀81自动调节压力容器8的压力,从而控制系统管道内的压力,保证压力容器8能够稳定可靠地供应流体原料及保证流体各项参数的稳定。由于涂料、胶水等流体在管道内中只有保持一定流速的情况下,流体的各项参数才会保持稳定,本发明根据流体力学的原理,通过控制流体系统管道内的压力,来保证流体在管道中的流速,从而保证流体各项参数的稳定。
作为本发明的另一实施方式,本发明还可以通过行程开关控制直线电机51正转、反转,座体1上位于滑动座52前方和后方的位置分别设有行程开关,当滑动座52移动到行程开关位置时,直线电机51自动反向转动带动滑动座52、柱塞杆3和柱塞4一起反向运动,通过行程开关控制直线电机51不断地正转、反转,实现柱塞4的往复直线运动。
当然,以上所述仅是本发明的较佳实施方式,故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (8)
1.高精度流量控制系统,其特征在于:包括有纳升定量泵、装有流体原料的压力容器(8)、控制器(9),纳升定量泵包括有座体(1)、沿前后方向设置在座体(1)上的缸体(2)、沿前后方向滑动设置在缸体(2)内的柱塞杆(3)、与缸体(2)内腔滑动配合的柱塞(4)、驱动柱塞杆(3)沿前后方向往复直线运动的驱动装置(5)、进料管(6)、出料管(7),柱塞(4)固定在柱塞杆(3)上,缸体(2)的前端开设有前进料口(21)、前出料口(22),缸体(2)的后端开设有后进料口(23)、后出料口(24),前进料口(21)设有前进料开关阀(25),前出料口(22)设有前出料开关阀(26),后进料口(23)设有后进料开关阀(27),后出料口(24)设有后出料开关阀(28),进料管(6)的出口分别与前进料开关阀(25)、后进料开关阀(27)连通,出料管(7)的入口分别与前出料开关阀(26)、后出料开关阀(28)连通,进料管(6)的入口通过管道与压力容器(8)的底部连通,驱动装置(5)与控制器(9)的输出端电连接;控制器(9)控制驱动装置(5)驱动柱塞杆(3)和柱塞(4)沿前后方向往复直线运动,当柱塞(4)向前运动时,前进料开关阀(25)和后出料开关阀(28)关闭,后进料开关阀(27)和前出料开关阀(26)打开;当柱塞(4)向后运动时,前进料开关阀(25)和后出料开关阀(28)打开,后进料开关阀(27)和前出料开关阀(26)关闭。
2.根据权利要求1所述的高精度流量控制系统,其特征在于:所述驱动装置(5)包括有沿前后方向设置在座体(1)上的直线电机(51),直线电机(51)的输出轴与柱塞杆(3)连接,直线电机(51)与控制器(9)电连接。
3.根据权利要求2所述的高精度流量控制系统,其特征在于:所述直线电机(51)为直线伺服电机或直线步进电机。
4.根据权利要求2所述的高精度流量控制系统,其特征在于:所述驱动装置(5)还包括有滑动座(52)、沿前后方向设置在座体(1)上的滑动导轨(53),直线电机(51)的输出轴与柱塞杆(3)之间通过滑动座(52)连接,滑动座(52)滑动连接在滑动导轨(53)上。
5.根据权利要求4所述的高精度流量控制系统,其特征在于:所述直线电机(51)上连接有用于检测直线电机(51)的转子位置信号的绝对值编码器(54),绝对值编码器(54)与控制器(9)的输入端电连接。
6.根据权利要求1所述的高精度流量控制系统,其特征在于:所述压力容器(8)上设有压力控制阀(81),控制器(9)与压力控制阀(81)电连接。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的高精度流量控制系统,其特征在于:所述前进料开关阀(25)、后进料开关阀(27)、前出料开关阀(26)和后出料开关阀(28)均为气控阀。
8.根据权利要求7所述的高精度流量控制系统,其特征在于:所述座体(1)上设有2个换向电磁阀(11),2个换向电磁阀(11)分别与控制器(9)的输出端电连接,前进料开关阀(25)和后出料开关阀(28)的气信号控制口均通过管道与其中一个换向电磁阀(11)连通,后进料开关阀(27)、前出料开关阀(26)的气信号控制口均通过管道与另一个换向电磁阀(11)连通。
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