CN111655310B - 双主动阀流体压力操作的正排量泵 - Google Patents

双主动阀流体压力操作的正排量泵 Download PDF

Info

Publication number
CN111655310B
CN111655310B CN201880086434.4A CN201880086434A CN111655310B CN 111655310 B CN111655310 B CN 111655310B CN 201880086434 A CN201880086434 A CN 201880086434A CN 111655310 B CN111655310 B CN 111655310B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
pump
volume
fluid
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880086434.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111655310A (zh
Inventor
T·拉克
N·哈达斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sereno Medical
Original Assignee
Sereno Medical
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sereno Medical filed Critical Sereno Medical
Publication of CN111655310A publication Critical patent/CN111655310A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111655310B publication Critical patent/CN111655310B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14212—Pumping with an aspiration and an expulsion action
    • A61M5/14224—Diaphragm type
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/145—Pressure infusion, e.g. using pumps using pressurised reservoirs, e.g. pressurised by means of pistons
    • A61M5/14586—Pressure infusion, e.g. using pumps using pressurised reservoirs, e.g. pressurised by means of pistons pressurised by means of a flexible diaphragm
    • A61M5/14593—Pressure infusion, e.g. using pumps using pressurised reservoirs, e.g. pressurised by means of pistons pressurised by means of a flexible diaphragm the diaphragm being actuated by fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/14—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action having plate-like flexible members
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/12—General characteristics of the apparatus with interchangeable cassettes forming partially or totally the fluid circuit
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • A61M5/16804—Flow controllers
    • A61M5/16809—Flow controllers by repeated filling and emptying of an intermediate volume
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/0042—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving with specific kinematics of the distribution member
    • F04B7/0053—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving with specific kinematics of the distribution member for reciprocating distribution members

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

一种双主动阀正排量泵包括：保持泵的组件的壳体。具有内部腔体的活塞，该内部腔体通过自由移动的隔膜分为两个流体隔离的容积，两个容积中的一个与活塞和壳体之间的包含来自压力源的驱动器压力的容积流体连接。在正驱动器压力或负驱动器压力下，活塞可在壳体内往复移动。当驱动器压力大于泵入口端口处的最大压力时，可通过驱动器压力操作的主动入口阀致动。当驱动器压力小于泵出口端口处的最小压力时，可通过驱动器压力操作的主动出口阀致动。隔膜将泵送流体与用于使隔膜在活塞腔体内移动的工作流体分离，并且在入口阀打开时在入口端口处传输压力，并且在出口阀打开时在出口端口处传输压力。

Description

双主动阀流体压力操作的正排量泵
技术领域
本发明总体上涉及一种用于泵送流体的设备，该设备是准确且可靠的，并且提供了精确的流速和恒定的冲程容积。
背景技术
在泵送流体的领域中，经常期望提供精确的流速或冲程容积。正排量泵(positivedisplacement pump)可以用于此类应用，但是通常馈送泵腔体的阀是被动的，只能通过入口端口或出口端口之间的压力与泵腔体内部的压力的差来操作。这种阀通常是叶片阀，并且由于其打开和关闭可通过未知的压力差进行操作，因此它们的操作正时和速度是未知且可变的，从而导致泵吞吐量或冲程容积的变化不受控制。
更复杂的正排量泵利用主动驱动阀来确保恒定且准确的打开和关闭正时和速度。这些主动阀可以通过与主泵送致动器分开的电致动器、磁致动器或液压致动器来操作，这些致动器被添加到基本泵设计中，从而使其更加复杂且可靠性更低。
下面给出了波纹管泵(bellows pump)、膜式泵(membrane pump)或正排量泵的示例。
授予Peer M.Portner等人的专利(美国专利No.4,265,241)公开了一种波纹管泵，该波纹管泵包括由螺线管控制的电枢致动的活塞波纹管。活塞波纹管的移动倾向于增加或减小泵送室的容积。当泵室的容积最大时，泵送流体从保持在正压的储存器通过输入的被动止回阀被迫进入泵室。当波纹管活塞被致动时，泵室处于最小容积，并且流体通过另一个输出被动止回阀被迫离开室。
授予Portner等人的美国专利No.4,360,019描述了一种正排量泵，其使用弹性体隔膜，该弹性体隔膜由螺线管经由柱塞驱动。隔膜的移动改变泵腔体中的容积，从而导致流体经由被动弹簧加载式入口阀流入腔体，或经由不同的被动弹簧加载式出口阀流出腔体。
授予Norman F.Moody等人的美国专利No.4,152,098公开了一种具有隔膜的泵，该隔膜形成入口阀、出口阀，并且是改变泵送室中的容积的可移动构件。螺线管致动的球被驱动与隔膜接触，以改变泵送室中的容积。尽管隔膜保持与球一致，但输入阀两端的压力差将导致该现有技术泵的冲程容积变化。
以上引用的几个参考文献教导了使用顺从性隔膜或波纹管，其导致泵冲程容积随储存器压力或环境压力条件的变化而变化。另外，所有以上引用的参考文献教导了使用被动入口阀和出口阀。由于通过阀的流速取决于阀两端的压力差，因此通过入口阀的流速以及因此冲程容积取决于环境压力和储存器压力。因此，利用各种类型的泵的现有技术研究和实验还没有提供具有准确且恒定的冲程容积的正排量泵。
因此，迫切需要提供一种泵，其泵吞吐量或冲程容积没有不受控制的变化，其中操作流体和泵送流体之间没有接触，没有压力传感器与泵送流体接触，从而测量输入压力和输出压力，但在输入管线或输出管线上都不需要压力传感器。
发明内容
本发明的目的是公开一种用于泵送流体的系统，该系统是准确且可靠的并且提供精确的流速和恒定的冲程容积。
本发明的另一个目的是公开一种正排量泵，其包括：
壳体，其具有用于使可泵送流体流入和流出泵的至少两个泵送端口，以及用于使操作压力流入和流出泵的至少一个控制端口；
壳体内部的至少一个腔体，其由可自由移动的分隔器分成第一容积和第二容积，所述第一容积与所述第二容积流体隔离，所述第二容积可流体连接到所述至少两个泵送端口，所述第一容积流体连接到所述至少一个控制端口；所述可移动分隔器可借助于所述操作压力而移动；所述第二容积通过所述可移动分隔器的移动而可逆地增大；以及
至少两个阀，其被配置为控制流过所述至少两个泵送端口的流动，通过所述至少两个阀中的至少一个可控制流过所有所述至少两个泵送端口的流体，所述至少两个阀中的第一至少一个与所述至少两个泵送端口中的第一至少一个流体连接，所述至少两个阀中的第二至少一个与所述至少两个泵送端口中的第二至少一个流体连接，所述至少两个阀中的至少一个的控制独立于所述至少两个阀中的至少另一个的控制；
其中所述第二容积的增大使所述可泵送流体流入所述泵，并且所述第二容积的逆向增大使所述可泵送流体流出所述泵。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中所述至少两个阀中的至少一个的控制独立于所述操作压力的控制。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，还包括与所述第二容积流体连通的至少一个通气端口。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中泵冲程包括一个所述第二容积的所述增大和一个所述增大的所述逆向。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中在每个所述泵冲程期间，预定容积的流体从所述至少一个第一端口转移到所述至少一个第二端口。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中将腔体分成所述第一容积和所述第二容积的分隔器是柔性塑料膜，其厚度在0.01mm-0.5mm的范围内。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中所述第一容积通过所述分隔器与所述第二容积流体隔离。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中所述至少两个阀中的至少一个是夹管阀。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中所述夹管阀选自由气动控制阀、液压控制阀、电驱动阀和螺线管操作阀组成的组。
本发明的另一个目的是公开一种正排量泵，其包括：
壳体，其具有至少三个流体端口，至少一个入口端口被配置为允许泵送流体流入泵，至少一个出口端口被配置为允许所述泵送流体流出泵，并且至少一个驱动器压力端口被配置为允许操作压力进出泵；
至少一个主活塞，其可在所述操作压力下在壳体的至少一个第一内壁限定的空间内在第一稳定位置和第二稳定位置之间移动，所述操作压力作用于主活塞与壳体的至少一个第二内壁之间的空间中；
至少一个腔体，其耦合到主活塞或形成在主活塞内，所述腔体被自由移动的分隔器分为第一容积和第二容积；
至少一个第一阀，其可通过所述主活塞的运动而操作，被配置为当主活塞处于所述第一稳定位置时在所述至少一个入口端口与所述第一容积之间提供流体连接；以及
至少一个第二阀，其可通过所述主活塞的运动而操作，被配置为当主活塞处于所述第二稳定位置时在所述至少一个出口端口与所述第一容积之间提供流体连接；
其中所述泵可通过单个压力即所述操作压力而操作，入口端口与出口端口之间的流体的泵送由所述操作压力控制，并且通过测量所述操作压力可确定所述入口端口和所述出口端口处的流体压力。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中将腔体分成所述第一容积和所述第二容积的分隔器选自由隔膜和第二活塞组成的组。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中所述隔膜包括柔性塑料膜，其厚度在0.01mm-0.5mm的范围内。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中在主活塞与壳体的至少一个第二内壁之间的空间中的驱动器流体容积的变化不导致主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的所述空间中的压力变化，且主活塞处于所述第一位置时，通过驱动器压力端口处的压力可确定入口端口处的压力。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中在主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的驱动器流体容积的变化不导致主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的所述空间中的压力变化，且主活塞处于所述第二位置时，通过驱动器压力端口处的压力可确定出口端口处的压力。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中在检测到主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的绝对压力的突然下降之后，驱动器泵反转其操作方向，所述绝对压力的突然下降指示主活塞已经从一个稳定位置移动到另一稳定位置。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中通过包括以下步骤的过程可计算出口端口或入口端口处的压力：
在表示驱动器流体的容积的变化和主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的压力之间的关系的曲线上测量的若干数据点，所述压力等于驱动器泵端口处的压力；
计算将压力从最小值增加到最大值的过程的两条直线以及将压力从最大值减小到最小值的过程的两条直线的参数，直线的公式为P1＝a1(ΔV)+b1和P2＝a2(ΔV)+b2。一条线在隔膜从一个稳定位置移动到另一稳定位置之前，因此增加或减小主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间的容积，并且第二条线在隔膜从一个位置移动到另一位置之后；
计算P1＝P2，其中a1(ΔV)+b1＝a2(ΔV)+b2，其中ΔV等于主活塞内部的腔体的容积；并且
当在主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的驱动器流体容积的变化不导致主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的所述空间中的压力变化，且主活塞处于所述第二位置时，根据驱动器压力端口处的压力。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中可泵送流体可用的腔体中的容积可作为驱动器流体的容积的变化被测量，所述驱动器流体的容积的变化不引起主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的压力的变化。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中在测量到主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的压力的绝对值的突然下降时，驱动器泵将其操作方向从增加压力反转到减小压力，反之亦然，所述压力的突然下降指示主活塞已经从一个稳定位置移动到另一稳定位置。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中在具有非零驱动器压力的驱动器压力泵停止之后，从测量的压力朝向零压力的连续变化中可检测到驱动器压力泵和驱动器压力端口之间的流体连接中的泄漏。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中当主活塞以最大控制压力或最小控制压力移动时，从绝对压力的小于正常值的下降中可检测到主活塞的故障状况，所述故障是所述主活塞不能完全从一个稳定位置移动到另一稳定位置。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中通过在控制压力等于出口端口压力时操作驱动器压力泵，并且注入小于腔体的可用容积的预定容积的驱动器流体，泵可释放小于腔体的可用容积的至少一个容积的泵送流体。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中将腔体分开的隔膜位于不垂直于运动部件的运动轴线的平面中。
本发明的另一个目的是公开如上所述的泵，其中所述入口端口和所述出口端口中的每一个包括一对孔，所述一对孔是与所述壳体的所述至少一个第一壁的一部分中的孔匹配所述主活塞中的孔，并且所述一对孔沿主活塞的运动轴线的尺寸与沿垂直于主活塞的运动轴线的轴线的尺寸之比在1/1.3与1/5之间的范围内。
本发明的另一个目的是公开一种操作正排量泵的方法，该方法包括以下步骤：
提供正排量泵，该正排量泵包括：
壳体，其具有用于使可泵送流体流入和流出泵的至少两个泵送端口，以及用于使操作压力流入和流出泵的至少一个控制端口；
壳体内部的至少一个腔体，其由可自由移动的分隔器分成第一容积和第二容积，所述第一容积与所述第二容积流体隔离，所述第二容积可流体连接到所述至少两个泵送端口，所述第一容积流体连接到所述至少一个控制端口；所述可移动分隔器可借助于所述操作压力而移动；所述第二容积通过所述可移动分隔器的移动而可逆地增大；以及
至少两个阀，其被配置为控制流过所述至少两个泵送端口的流动，通过所述至少两个阀中的至少一个可控制流过所有所述至少两个泵送端口的流体，所述至少两个阀中的第一至少一个与所述至少两个泵送端口中的第一至少一个流体连接，所述至少两个阀中的第二至少一个与所述至少两个泵送端口中的第二至少一个流体连接，所述至少两个阀中的至少一个的控制独立于所述至少两个阀中的至少另一个的控制；
将所述至少两个泵送端口中的至少一个连接到流体源；并且
执行至少一个泵冲程，所述泵冲程包括：
打开所述至少两个阀中的所述第一至少一个，并且关闭所述至少两个阀中的所述第二至少一个，并且减小所述操作压力，从而增大所述第二容积并且使所述可泵送流体流入所述第二容积；以及
在所述第二容积完全增大时，关闭所述至少两个阀中的所述第一至少一个，并且打开所述至少两个阀中的所述第二至少一个，并且增加所述操作压力，从而使所述第二容积逆向增大并且使所述可泵送流体流出所述泵。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：将所述至少两个泵送端口中的至少另一个连接到用于处理所述流体的储存器或排泄器。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：独立于所述操作压力的控制来控制所述至少两个阀中的至少一个。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：提供与所述第二容积流体连通的至少一个通气端口。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：执行包括一个所述第二容积的所述增大和一个所述增大的所述逆向的泵冲程。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：在每个所述泵冲程期间将预定容积的流体从所述至少一个第一端口转移到所述至少一个第二端口。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：提供将所述腔体分成所述第一容积和所述第二容积的所述分隔器作为柔性塑料膜，其厚度在0.01mm-0.5mm的范围内。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：通过所述分隔器将所述第一容积与所述第二容积流体隔离。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：将所述至少两个阀中的至少一个提供为夹管阀。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：从由气动控制阀、液压控制阀、电驱动阀和螺线管操作阀组成的组中选择所述夹管阀。
本发明的另一个目的是公开一种操作正排量泵的方法，该方法包括以下步骤：
提供正排量泵，该正排量泵包括：
壳体，其具有至少三个流体端口，至少一个入口端口被配置为允许泵送流体流入泵，至少一个出口端口被配置为允许所述泵送流体流出泵，并且至少一个驱动器压力端口被配置为允许操作压力进出泵；
至少一个主活塞，其可在所述操作压力下在壳体的至少一个第一内壁限定的空间内在第一稳定位置和第二稳定位置之间移动，所述操作压力作用于主活塞与壳体的至少一个第二内壁之间的空间中；
至少一个腔体，其耦合到主活塞或形成在主活塞内，所述腔体被自由移动的分隔器分为第一容积和第二容积；
至少一个第一阀，其可通过所述主活塞的运动而操作，被配置为当主活塞处于所述第一稳定位置时在所述至少一个入口端口与所述第一容积之间提供流体连接；以及
至少一个第二阀，其可通过所述主活塞的运动而操作，被配置为当所述主活塞处于所述第二稳定位置时在所述至少一个出口端口与所述第一容积之间提供流体连接；
将所述至少一个入口端口连接到流体源；并且
执行至少一个泵冲程，所述泵冲程包括：
在所述主活塞处于下位置并且所述分隔器处于较低位置的情况下，入口阀打开，并且所述操作压力大于入口压力，从而降低操作压力；
继续降低所述操作压力，直到所述操作压力低于所述入口压力，所述操作压力低于所述入口压力将所述分隔器移动到较高位置，从而增大所述第一容积并且使所述可泵送流体流入所述第一容积；
继续降低所述操作压力，直到所述主活塞从所述下位置移动到上位置，所述主活塞的所述移动关闭所述入口阀并且打开所述出口阀；
升高所述操作压力，直到所述操作压力大于所述出口压力，所述操作压力大于所述出口压力将所述分隔器移动至较低位置，从而减小所述第一容积并且使所述可泵送流体流出所述第一容积；并且
继续升高所述操作压力，直到所述主活塞从所述上位置移动到所述下位置，所述主活塞的所述移动关闭所述出口阀并且打开所述入口阀；
其中所述泵可通过单个压力即所述操作压力而操作，入口端口与出口端口之间的流体的泵送由所述操作压力控制，并且通过测量所述操作压力可确定所述入口端口和所述出口端口处的流体压力。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：从由隔膜和第二活塞组成的组中选择将腔体分成所述第一容积和所述第二容积的分隔器。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：所述隔膜包括厚度在0.01mm-0.5mm的范围内的柔性塑料膜。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：在主活塞与壳体的至少一个第二内壁之间的空间中的驱动器流体容积的变化不导致主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的所述空间中的压力变化，且主活塞处于所述第一位置时，通过驱动器压力端口处的压力确定入口端口处的压力。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：在主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的驱动器流体容积的变化不导致主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的所述空间中的压力变化，且主活塞处于所述第二位置时，通过驱动器压力端口处的压力确定出口端口处的压力。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：在检测到主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的绝对压力的突然下降之后，驱动器泵反转其操作方向，所述绝对压力的突然下降指示主活塞已经从一个稳定位置移动到另一稳定位置。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括通过包括以下步骤的过程计算出口端口或入口端口处的压力的步骤：
在表示驱动器流体的容积的变化与主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的压力之间的关系的曲线上测量的若干数据点，所述压力等于驱动器泵端口处的压力；
计算将压力从最小值增加到最大值的过程的两条直线以及将压力从最大值减小到最小值的过程的两条直线的参数，直线的公式为P1＝a1(ΔV)+b1和P2＝a2(ΔV)+b2。一条线在隔膜从一个稳定位置移动到另一稳定位置之前，因此增加或减小主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间的容积，并且第二条线在隔膜从一个位置移动到另一位置之后；
计算P1＝P2，其中a1(ΔV)+b1＝a2(ΔV)+b2，其中ΔV等于主活塞内部的腔体的容积；并且
当在主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的驱动器流体容积的变化不导致主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的所述空间中的压力变化，且主活塞处于所述第二位置时，根据驱动器压力端口处的压力。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：将所述可泵送流体可用的腔体中的容积测量为驱动器流体的容积的变化，所述驱动器流体的容积的变化不引起主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的压力的变化。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：在测量到主活塞与壳体的所述至少一个第二内壁之间的空间中的压力的绝对值的突然下降时，驱动器泵将其操作方向从增加压力反转到减小压力，反之亦然，所述压力的突然下降指示主活塞已经从一个稳定位置移动到另一稳定位置。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：在具有非零驱动器压力的驱动器压力泵停止之后，从测量的压力朝向零压力的连续变化中检测驱动器压力泵和驱动器压力端口之间的流体连接中的泄漏。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：当主活塞以最大控制压力或最小控制压力移动时，从绝对压力的小于正常值的下降中检测主活塞的故障状况，所述故障是所述主活塞不能完全从一个稳定位置移动到另一稳定位置。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：通过在控制压力等于出口端口压力时操作驱动器压力泵，并且注入小于腔体的可用容积的预定容积的驱动器流体，泵释放小于腔体的可用容积的至少一个容积的泵送流体。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：提供将腔体分开地隔膜，使得隔膜位于不垂直于运动部件的运动轴线的平面中。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：所述入口端口和所述出口端口中的每一个包括一对孔，所述一对孔是与所述壳体的所述至少一个第一壁的一部分中的孔匹配所述主活塞中的孔，将所述一对孔提供为沿主活塞的运动轴线的尺寸与沿垂直于主活塞的运动轴线的轴线的尺寸之比在1/1.3与1/5之间的范围内。
本发明的另一个目的是公开如上所述的方法，还包括以下步骤：将所述出口端口连接到用于处理所述流体的储存器或排泄器。
附图说明
为了更好地在实践中理解本发明及其实施方式，现在将仅通过非限制性示例的方式，参照附图描述多个实施例，其中
图1示出了泵的实施例的详细视图；
图2A-图2H示出了在完整的泵送循环中泵的顺序操作的八个阶段；
图3示出了在典型的泵送循环中驱动器压力与驱动器容积变化的关系，以及循环的每个阶段中的相对泵状态；
图4示出了根据容积/压力泵送环路中的斜率变化来检测入口压力或出口压力的算法的实施例；
图5示出了泵的第二实施例；并且
图6示出了在典型的泵送循环中驱动器压力与驱动器容积变化的关系，以及循环的每个阶段中的相对泵状态。
具体实施方式
与本发明的所有章节一起提供以下描述，以便使本领域的任何技术人员能够利用所述发明并阐明发明人为执行本发明所设想的最佳方式。然而，各种修改对于本领域技术人员而言仍然是显而易见的，因为本发明的一般原理已经被特别定义以提供一种用于泵送流体的装置和方法，该装置和方法提供了精确的流速和恒定的冲程容积并且是准确且可靠的。
以下术语“腔体分隔器(cavity divider)”是指可移动元件的腔体内部的隔膜(膜片)、活塞或其他可移动分离器。腔体分隔器将腔体细分为两个流体隔离的子容积。
以下术语“主活塞”是指泵的可移动部件。主活塞包括可连接到入口端口的开口、到出口端口的开口、流体连接到压力源的开口，以及腔体。
以下术语“泵冲程”是指泵的单个操作周期，每个泵冲程被配置为将固定量的可泵送流体从用作入口端口的泵的第一端口转移到作为出口端口的泵的第二端口。
本发明是一种正排量泵，其可以输送精确且可重复的冲程容积。另外，本发明教导了一种正排量泵，其可通过连接到正负压流体源的单个压力导管来操作。另外，本发明教导了一种正排量泵的设计，其通过用于提供驱动泵的压力的相同的导管来促进在入口端口和出口端口处的压力的测量。泵还具有恒定的冲程容积；冲程容积在相当大的范围内与环境压力和储存器压力无关。
本发明的泵包括刚性壳体，该刚性壳体包含可移动部件，即主活塞。主活塞内部是已知且固定容积的内部腔体。通过可移动腔体分隔器将腔体细分为两个流体隔离的子容积。在一些实施例中，腔体分隔器是嵌入腔体中的非常柔性的隔膜或膜片，其中隔膜将腔体的容积分为两个流体隔离的子容积。在一些实施例中，具有密封元件的自由移动的活塞可以将腔体的容积分成两个流体隔离的子容积。在此，两个子容积被表示为腔体的上部和腔体的下部。上部与运动部件和壳体之间的空间流体连接，并且因此暴露于驱动器压力。
腔体分隔器可从第一位置可逆地移动到第二位置，在第一位置中腔体分隔器完全抵靠在泵腔体的上壁，使得下部包括腔体的整个可用容积，在第二位置中腔体分隔器完全抵靠在泵腔体的下壁，使得上部包括腔体的整个可用容积。这两个位置之间的任何状态是中间位置。在正常操作期间，中间位置不稳定。腔体分隔器可以通过流体压力源从第一位置驱动到第二位置，反之亦然，该流体压力源被流体连接到泵腔体的上部。由于隔膜的弯曲或与腔体壁的摩擦，腔体分隔器可以在损失最小的情况下在腔体中自由地上下移动，同时保持腔体的上部和下部之间的流体隔离。这意味着，每当腔体的上部和下部的压力相等时，腔体分隔器将承受零净力，并且将在两部分之间的压力轻微不平衡下自由移动。
当驱动器源供应的流体压力高于出口端口处的压力且出口阀打开时，腔体分隔器从第一位置向下驱动到第二位置，从而使泵腔体的下部的容积最小化。当驱动器源供应的流体压力低于入口端口处的压力时且当入口阀打开时，腔体分隔器从第二位置向上驱动到第一位置，从而使泵腔体的下部的容积最大化。
泵腔体的下部可流体连接到两个阀，一个阀可以将泵腔体的下部连接到入口端口，并且一个阀可以将泵腔体的下部连接到出口端口。这些阀具有两个稳定的位置，即“打开”和“关闭”。当可移动部件处于下位置时，第一阀打开，将泵腔体的下部流体连接到入口端口，该入口端口连接到用于泵送流体的源。在可移动部件的上位置中，入口端口与第一阀之间的流体连接断开，不允许任何流体通过。同时，第二阀打开泵腔体与泵的出口端口之间的流体连接。这些阀可通过提供给驱动器端口的驱动器流体压力生成的力进行操作，该驱动器端口流体连接到某个机构，该机构将该压力转换为实现将阀元件从一个稳定位置移动到另一个位置并移回的机械运动所需的力。该压力源可以是动力压力生成设备，诸如活塞泵、蠕动泵或某个其他泵。
两个压力控制阀流体连接到相同的流体压力源，该流体压力源已经描述为在泵腔体的第一位置和第二位置之间驱动泵腔体内部的腔体分隔器。
入口阀和出口阀从上位置切换到下位置(反之亦然)的正负压力远高于正常操作时在用于泵送流体的入口端口或出口端口处预期出现的任何压力。
在操作中，泵送循环开始于驱动器压力源将充足的第一压力水平输送到A。将主活塞移动到下位置和B。将腔体分隔器移动到第二位置，在该第二位置中，泵腔体的下部的容积为零，因为腔体分隔器抵靠在腔体的下壁。
在该第一状态中，腔体的下部通过入口阀流体连接到泵送流体的源。由于关闭出口阀，因此出口端口从泵腔体下部断开。
此时，驱动压力源供应的压力开始减小。只要驱动器压力高于入口端口处的流体压力，泵的状态就不会改变。当来自驱动器源的压力等于入口端口处的压力时，泵送流体开始流过打开的入口阀。流过入口阀的流体将迫使腔体分隔器向上。在腔体分隔器的移动期间，腔体分隔器两侧上的压力将保持相同。此时，可以通过将压力传感器流体连接到将驱动器压力源连接到泵腔体的上部的管来测量泵的入口端口处的流体压力。
当腔体分隔器到达泵腔体的顶壁时，腔体的下部的内部容积现在完全填充，并且将等于泵腔体的总可用容积。驱动器压力源现在继续减小驱动器压力，直到其达到第二压力水平，该第二压力水平导致主活塞从下位置移动到上位置，从而迫使入口阀和出口阀都进入新的状态，在该新的状态中，入口端口与腔体下部断开，而腔体下部通过出口阀流体连接到出口端口。泵送流体不离开腔体，因为没有压力存在以将其从腔体的下部推出。
此时，压力源开始增加驱动器压力，直到该压力变得大于出口端口处的流体压力。这迫使腔体分隔器向下，将泵送流体从泵腔体的下部推动通过出口阀到达出口端口。此时，可以通过将压力传感器流体连接到将驱动器压力源连接到泵腔体的上部的管来测量泵的出口端口处的流体压力。
来自驱动器压力源的压力继续增加直到其达到第二压力水平，该第二压力水平导致主活塞从上位置移动到下位置，从而迫使出口阀关闭并且入口阀打开。
下一个泵送循环可以开始于主活塞处于下稳定位置，腔体分隔器处于第二位置，入口阀打开，出口阀关闭并且驱动器压力为正且高于入口压力。
可能有益的是：包括至少一个机械部件以确保主活塞仅具有两个稳定位置，即上位置和下位置，并且主活塞将在这两个位置之间的任何其他位置不稳定。机械部件可以是加载的弹簧、球和凹槽设置、电开关、磁体或本领域中众所周知的任何其他装置。
使腔体的顶部表面和底部表面(腔体分隔器在第一位置和第二位置中时被压靠在该顶部表面和底部表面上)成为浅凹槽的网络而不是带有使流体路径通向端口的孔的平坦表面是有益的。凹槽可以确保在最大正负压力下施加到腔体分隔器的力均匀分布，并且可以防止在隔膜在某一点处暴露于过高的压力的情况下使隔膜膜片破裂。
入口端口和出口端口的横截面优选为椭圆形或狭槽形，其上下尺寸远小于左右尺寸。这使得主活塞打开和密封开口所需的行程变短，并且因此减小泵的深度。
入口端口和出口端口包括一对孔，该对孔包括主活塞中的与壳体的侧壁中的孔匹配的孔。匹配的一对孔可以具有圆形横截面，或者它们沿主活塞的运动轴线的尺寸与沿垂直于主活塞的运动轴线的轴线的尺寸之比在1/1.3至1/5的范围内。
连接控制压力入口和驱动器泵的管优选地应具有小直径内腔，以便最小化添加的容积，并且具有不可拉伸的壁，以便最小化由于内部压力变化而引起的该容积的变化。
注意，在该实施例中，利用主活塞的滑动运动来打开和关闭阀。两个孔(一个在主活塞中，并且一个在壳体的壁中)是否对准取决于主活塞的位置。当两个孔对准时，阀打开，如果未对准，则阀关闭。这种类型阀的优点是即使当泵送流体可能具有可以干扰标准叶片阀的密封的微粒或软漂浮物时，仍保持良好的密封。可能有益的是：如果泵送水基流体，则使主活塞和壳体壁两者的滑动表面都非常疏水以降低泄漏的机会。
本发明的新颖特征是使用高柔性隔膜(膜片)或自由移动的活塞，它们停留在第一位置或第二位置时符合泵腔体的顶部内表面和底部内表面两者的轮廓。此特征确保泵将输送泵送流体的恒定冲程容积。(一个或多个)隔膜材料的弹性、柔性和可压缩性被选择，并且腔体壁被制造，以便对可用腔体容积进行校准以提供期望的冲程容积。
本发明的泵的第二新颖特征是使用主动压力致动的入口阀和出口阀，该入口阀和出口阀由驱动泵送动作的同一压力管线驱动，从而消除了与任何阀相关的泵送流体容积变化或误差，并且简化了泵构造。
第三新颖特征是使用主动压力致动的入口阀和出口阀，该入口阀和出口阀具有激活压力以在驱动器压力的力下从上位置切换到下位置，并再次返回。
本发明的第四新颖特征是能够通过将泵壳体和腔体容积的上部连接到驱动器压力源的单个管来驱动泵并且测量入口端口和出口端口两者处的压力。
本发明的第五新颖特征是能够通过在腔体的上部和下部之间的压力平衡时控制从驱动器压力源发送到泵壳体和腔体的上部的流体的容积来控制小于泵内部腔体的有用容积的泵送流体容积的释放。这通过泵送附加容积的驱动流体而不改变包括驱动器压力源、将驱动器源与泵连接的管的容积以及泵容积的上部的封闭容积中的压力的能力来体现。
第六新颖特征是检测驱动器流体的泄漏的能力，如在上状态或下状态中压力的缓慢变化所指示的那样，其中随着时间的推移，容积不应变化，并且因此压力不应变化。
参照图1，在该实施例中，泵包括泵壳体2，该泵壳体2优选地由具有低摩擦系数的硬质热塑性材料(诸如聚乙烯(PE)或高密度聚乙烯(HDPE))制成并具有内部容积和四个流体端口。四个端口可以是壳体的集成部分，并且可以在同一生产步骤中与壳体模制在一起，或者可以在以后的步骤中使用塑料粘接技术添加。入口端口10可以放置成通过管4与泵送流体源流体连通。出口端口11可以放置成通过管3与接收泵送流体的储存器或排泄器流体连通。控制压力源可以经由控制端口13通过管1与泵壳体流体连通。(一个或多个)压力感测组件优选地经由控制端口13与泵壳体流体连通。(一个或多个)压力感测部件可以经由控制端口13上的安装件或者经由管1与壳体的内部直接流体连通。通气端口12与环境空气流体连通，并且旨在释放在主活塞上下移动时可能存在于主活塞下的过量压力。
在壳体内部容积中，包括顶部件8和底部件9的主活塞可朝向控制端口13和远离控制端口13移动；在所示实施例中为上下移动。主活塞部件可以由低表面摩擦系数的热塑性材料(诸如
Figure BDA0002582997240000141
)制成。两个主活塞部件8和9连结在一起以形成可移动主活塞，该主活塞包括具有非常精确的可用内部容积(由容积5和容积7组成，忽略了隔膜6的容积)的内部腔体，以及非常柔性的隔膜6，隔膜6将腔体5+7分成第一部分(上部)5和第二部分(下部)6。隔膜密封地联接顶部主活塞部件和底部主活塞部件，从而防止了腔体的上部5中存在的流体与腔体的下部6中存在的流体之间的接触。
主活塞因此具有两个稳定位置，即稳定上位置和稳定下位置，在稳定上位置中，主活塞的顶部表面与壳体内部空间的顶部表面重合，具有最小的间隙，以确保压力在主活塞的整个顶面上均匀分布，在稳定下位置中，主活塞的底部表面与壳体内部空间的底部表面重合。
主活塞的侧面可以在壳体内部容积的内部侧表面上滑动，从而形成紧密配合的接触表面，该接触表面在每个节段或端口水平(包括整个主活塞)的上方和下方形成密封，从而确保主活塞上方的空间与主活塞下方的空间流体隔离。
活塞腔体7的下部可以经由流体路径15与入口管4和入口端口10流体连通，或者可以经由流体路径14与出口管3和出口端口11流体连通，或者可以具有入口流和出口流共享的单个联合流体路径，该路径在主活塞9的底部件中形成，在表示为第一开口10和第二开口11(入口端口和出口端口)的两个不同且竖直分开的位置处到达主活塞的侧表面。这些开口的相对位置被设计成当主活塞处于其底部稳定位置时使第一开口15与入口端口10的开口的位置对准，并且当主活塞处于其顶部稳定位置时使第二开口14的位置与出口端口11的开口的位置对准。
因此清楚的是，当主活塞8+9处于其底部稳定位置时，主活塞8+9中的腔体7的底部经由第一开口与壳体的入口端口10流体连通，其中出口端口11被主活塞8+9的侧表面密封。另一方面，当主活塞8+9处于其顶部稳定位置时，主活塞8+9中的腔体7的底部经由第二开口与壳体的出口端口11流体连通，其中入口端口10被主活塞8+9的侧表面密封。当主活塞8+9上下移动时捕获在主活塞8+9下的空气被允许通过通气端口12逸出到环境中。
通过查看图2A-图2H可以更好地解释泵的泵送动作。
在图2A中，主活塞处于其下位置，腔体中的隔膜处于较低的第二位置，腔体的下部件与连接到泵送流体源的入口端口(左侧)流体连接。此时，从壳体的顶部的驱动器端口供应的驱动器压力高于入口端口处的流体的压力，因此没有流体流过该端口。
此时，驱动器压力源开始降低驱动器压力。不发生任何动作，直到驱动器压力变得等于入口压力，此时腔体中的隔膜开始从其第二位置向上移动到其第一位置，如图2B所示。此时，通过测量驱动器端口中的压力来测量入口端口中的压力是可能的，因为只要隔膜尚未到达其行程终点，它们就必须相等。
驱动器继续通过驱动器端口抽吸流体(壳体内部的吸力)，并且隔膜一直向上移动到第一位置。在隔膜已经移动到第一位置后，主活塞上方的压力继续减小，如图2C所示。主活塞上方的压力减小，直到其低于大气压力。在此阶段期间，主活塞向上移动，如图2D所示。主活塞的移动关闭将腔体的下部件与入口端口连接的阀，并且打开将腔体的下部件与出口端口连接的阀。腔体下部件中的流体不会流出，因为没有压力来促使流体流动。
一旦压力足够低以至于主活塞处于上位置，驱动器压力源就停止降低主活塞上方的压力，并且再次开始增加压力，如图2E所示。当驱动器端口中的压力变得等于出口端口处的压力时，隔膜将开始向下移动，从而将腔体的下部件中的流体通过出口端口推出，如图2F所示。此时，可以通过测量驱动器端口中的压力来测量出口端口中的压力，因为只要隔膜尚未到达其行程的终点，它们就必须相等。
驱动器端口中的压力继续增加，直到隔膜完全向下移动并且腔体的下部件是空的，如图2G所示。压力继续增加，直到主活塞向下移动到其下位置，如图2H所示，使系统返回其初始状态，为下一个循环做好准备。
在一些实施例中，驱动器流体是空气；诸如但不限于水、油或液压流体的流体可以用作驱动器流体。
驱动器源的压力/容积环路可以在图3中看到。X轴20表示由驱动器泵引起的驱动器流体的容积的变化，并且Y轴19表示驱动器压力差，而不是实际驱动器压力。
从右下开始，泵状态1表示刚好在主活塞已经向下移动之后的状态，在驱动器端口处具有最大压力。然后，当驱动器向驱动器流体施加吸力时，主活塞上方的容积(包括隔膜上方的腔体的容积)中的压力减小，从而除去了预定容积的驱动器流体。曲线图10的斜率示出了压力减小，直到在泵状态2处，驱动器压力变得等于入口端口处的压力，并且泵送流体开始流入腔体中。只要隔膜正在移动18，即使有更多的流体从主活塞上方的空间泵送出，压力也不会改变，如曲线节段11所示。当隔膜到达腔体的顶部并且因此腔体完全填充时，隔膜上方的压力开始下降，如泵状态3所示，但是现在被抽空的空间小于节段10中的空间，因为它不包括腔体的可用容积。因此，曲线图的斜率更陡。
压力继续下降，直到如泵状态4所示，主活塞向上移动。这导致主活塞上方的压力的突然下降，这向压力驱动发出信号以反转方向。在泵状态5处，如曲线节段14所示，主活塞上方的压力增加，直到其达到出口端口处的压力—状态6。隔膜17开始向下移动，只要其正在移动就保持压力恒定，如曲线图节段15所示。一旦隔膜已经一直向下移动，压力就继续增加，如曲线图节段16和泵状态7所描绘的，此后增加的压力迫使主活塞向下以作为泵状态8结束环路，达到曲线图状态9。
重要的是要注意，隔膜处于其下位置时的曲线图的斜率不同于隔膜处于其上位置时的曲线图的斜率，因为驱动压力作用的容积不同—驱动压力作用的容积因腔体的可用容积而变小或变大。总容积包括腔体中隔膜上方的容积、主活塞上方的空间、连接控制泵和泵壳体的管的内腔的容积，以及控制泵本身的容积。因此，对于总容积不同的循环点，压力变化率不同；当隔膜(或其他腔体分隔器)处于下位置时相比于其处于上位置时，压力相对于时间的曲线图的斜率不同。斜率的变化是重要的，因为它允许系统找到相等压力(15和11)的平坦部分的位置(当必须测量入口压力和出口压力时)，即使它太小以至于无法检测到。
因为主活塞中的腔体(其限定每个循环中泵送流体的容积)由于生产公差而可能在不同的泵中具有稍微不同的容积或者因为残留物可能在腔体中或腔体分隔器上积聚，因此测量泵的有效容积是有用的。这可以通过测量由驱动器泵引起的驱动器流体的容积的变化来实现，该变化不导致驱动器流体管线中以及移动部件上方的空间中的压力的变化。由于此时腔体分隔器从完全在腔体的一侧移动到完全在腔体的另一侧，因此驱动器流体的容积的变化恰好等于腔体的有效容积。有效容积是指腔体的容积减去腔体分隔器上面向泵送流体一侧的任何残留物或污垢堆积的容积，该残留物或污垢堆积的容积降低每个循环中泵送的泵送流体的最大容积。
由于腔体的容积小，因此压力环路中的压力不改变且表示入口端口和出口端口处的压力的节段可能很小，并且可能容易遗漏。
这些节段的位置可以从压力驱动器测量的容积/压力环路的斜率的变化中得出。这可以在图4中更好地解释。
通过在平坦(恒定压力)节段的预期位置的两侧测量若干数据点(黑星31和33)，可以应用线性回归将线1和3的方程分别确定为P＝aV+b和P＝cV+d。由于腔体的可用容积Vc是已知的，因此可以从aVc+b＝cVc+d计算腔体分隔器移动期间的压力，即入口(或出口)压力P。该计算由线5描绘，其具有长度Vc，而在不同压力6和7下的恒压线则没有。
如果需要在泵送流体与用于控制泵并给泵提供动力的流体之间的完美隔离，则可以在壳体的顶部的内表面与主活塞的顶部表面之间添加诸如波纹管的弹性管或可折叠管。这样，即使有些泵送流体从阀中逸出并弄湿了壳体的壁，其也不能污染控制流体回路。这在医疗应用中尤其重要，在医疗应用中，泵送流体可能存在生物危害，并且不得污染驱动泵。
应当注意，在一些实施例中，腔体分隔器不垂直于活塞运动轴线。
由于泵总是阻碍泵送流体的流动，因此某些应用可能需要添加故障保护装置，如果泵出于任何原因而停止工作，则该故障保护装置将防止入口端口中的压力过高的积聚。这种安全压力释放阀的一种可能的实施例可以呈现为使得包括每个阀的一半的表面在垂直于运动方向的方向上可移动。它们可以被设计成抵靠其配合表面弹簧加载的。如果任何端口处的压力高于弹簧的保持力，则流体压力将推动可移动表面以在密封件中形成裂纹，流体可以通过该裂纹从泵中逸出，从而经由通气端口12释放过量压力。
图5示出了泵的第二实施例。在该实施例中，泵主体1包括由隔膜6分开的腔体16、第一流体端口7和第二流体端口8。腔体16经由泵腔体压力入口管3流体连接到压力源(未示出)。
在该实施例中，主动阀19和21(虚线椭圆)分别独立地控制第一流体端口7和第二流体端口8的打开和关闭。出于说明性目的，在图5中，入口主动阀9被示出为打开，并且出口主动阀19被示出为关闭。
每个主动阀都包括可压缩管(10和11)，该可压缩管将端口(7和8)流体连接到腔体16。可压缩管(10和11)可以被主动阀夹钳(9和19)夹紧。在所示的实施例中，阀是气动阀。夹管阀通常是气动、液压、电驱动或电磁阀操作的。避免可流动流体与阀机构之间的接触并且避免朝向或来自环境的任何污染的任何类型的主动驱动的可自动控制的阀都是可适用的。
在气动主动阀18和28中，压缩空气可以分别经由控制压力入口管2和4进入或离开。压缩空气分别使主动阀夹钳9和19移动。膜片5和15分别密封地连接到主动阀夹钳9和19，并密封地连接到阀体的外部，从而使控制空气与泵的内部以及第一流体端口7、第二流体端口8和腔体16中的可泵送流体两者流体隔离，从而防止可泵送流体和控制空气两者受到污染，并确保所有控制空气压力分别用于夹紧管10和11。
在图5中，第一主动阀18被示出为处于打开位置，并且第二主动阀28被示出为处于关闭位置。当主动阀打开时(第一主动阀18)，控制空气压力低，并且主动阀夹钳9从可压缩管10缩回，从而使流体流过可压缩管10，并且膜片5被压缩。
增加控制空气压力以关闭主动阀。当主动阀关闭时(第二主动阀28)，控制空气压力高，并且主动阀夹钳19伸展，从而压缩可压缩管11，防止流体流过可压缩管11，并且膜片15膨胀。
驱动器源的压力/容积环路可以在图6中看到。X轴20表示由驱动器泵引起的驱动器流体的容积的变化，并且Y轴19表示驱动器压力差，而不是实际驱动器压力。在图6中，泵送流体从左到右流过泵，如水平箭头所示。
操作循环开始于入口阀18打开，出口阀28关闭并且隔膜6抵靠腔体16的与驱动器端口3相反的一侧处于其上位置。向驱动器端口3施加吸力，从而减小腔体16中的压力(图6中的31、10)。当腔体16中的压力已经降低到等于第一流体端口7处的压力时，泵送流体将流过第一流体端口7，通过阀18并且进入腔体16，迫使隔膜6向下并离开其已经抵靠的腔体16的壁(图6中的32、11)。在循环的该阶段期间，腔体16中的压力不改变，与第一流体端口7处的压力保持相同。当腔体16被填充时，隔膜6抵靠腔体16的包括驱动器端口3的一侧，不再有泵送流体可以流入腔体16中，并且腔体16中以及驱动器端口3处的压力将开始改变(图6中的33、12)。然后，阀18和阀28两者都可以关闭(图6中的34、13)。此时，泵将处于入口阀18关闭并且出口阀28打开的状态；正压力将被施加在驱动器端口3处，从而增加腔体16中的压力(图6中的35、14)。当腔体16中的压力已经增加到大于第二流体端口8处的压力时，隔膜6将被推离包括驱动器端口3的壁，从而将泵送流体通过阀28和第二流体端口8推出(图6中的36、15)。(从第二流体端口8离开后，泵送流体可以被存储在储存器中，排入排泄器，被转移以进行进一步处理，或者另外以用于正被泵送的流体的任何常规方式进行处理。)在此操作阶段期间，当隔膜6正在移动时，腔体16中的压力不改变(图6中的37、16)，与第二流体端口8处的压力保持相同。当腔体16为空时，隔膜6抵靠在腔体16的与驱动器端口3相对的一侧，腔体16为空，使得不再有泵送流体可以流出腔体16，并且腔体16中以及驱动器端口3处的压力将开始改变。此时，阀18和阀28两者都可以关闭(图6中的38、9)，从而完成循环。当入口阀18打开并且出口阀28关闭时，新的循环开始。
如图6所示，驱动器源的压力/容积环路类似于图3中看到的驱动器源的压力-容积环路。当入口阀(图5中的18)打开并且出口阀(图5中的28)关闭时，发生第一(吸力)半循环10至12，而当入口阀(图5中的18)关闭并且出口阀(图5中的28)打开时，发生第二(压力)半循环14至16。
压力的测量可以以与第一实施例相同的方式执行，其中至少一个压力传感器仅与驱动器流体进行流体连通。至少一个压力传感器可以与腔体16的驱动器流体侧(在图5的实施例中，腔体的上侧)、驱动器端口3、附接到驱动器端口3的管以及驱动器压力源的任何一个流体连通，但不需要压力传感器与泵送流体进行流体连通。不需要在第一流体端口7、第二流体端口8、阀18或阀28中的任何一个上具有压力传感器，或者不需要与泵送流体侧(图5的实施例中的下侧)流体连通的压力传感器。
与在泵的第一实施例中一样，隔膜6处于其下位置时的曲线图的斜率不同于隔膜6处于其上位置时的曲线图的斜率，因为驱动压力作用的容积不同—驱动压力作用的容积因腔体的可用容积而变小或变大。总容积包括腔体中隔膜上方的容积、连接控制泵和泵壳体的管的内腔的容积，以及控制泵本身的容积。因此，对于总容积不同的循环点，压力变化率不同；当隔膜16(或其他腔体分隔器)处于下位置时相比于其处于上位置时，压力相对于时间的曲线图的斜率不同。斜率的变化是重要的，因为它允许系统找到相等压力(15和11)的平坦部分的位置(当必须测量入口压力和出口压力时)，即使它太小以至于无法检测到。
因为腔体16(其限定每个循环中泵送流体的容积)由于生产公差而可能在不同的泵中具有稍微不同的容积或者因为残留物可能在腔体16中或隔膜6上积聚，因此测量泵的有效容积是有用的。这可以通过测量由驱动器泵引起的驱动器流体的容积的变化来实现，该变化不导致驱动器流体管线中的压力的变化。由于此时隔膜6从完全在腔体16的一侧移动到完全在腔体16的另一侧，因此驱动器流体的容积的变化恰好等于腔体16的有效容积。有效容积是指腔体16的容积减去隔膜16上面向泵送流体一侧的任何残留物或污垢堆积的容积，该残留物或污垢堆积的容积降低每个循环中泵送的泵送流体的最大容积。
由于腔体16的容积小，因此压力环路中的压力不改变且表示入口端口和出口端口处的压力的节段可能小，并且可能容易遗漏。
这些节段的位置可以以与上述图4公开方式相同的方式从压力驱动器测量的容积/压力环路的斜率的变化中得出。
如图4所示，通过在平坦(恒定压力)节段的预期位置的两侧测量若干数据点(黑星31和33)，有可能应用线性回归将线1和3的方程分别确定为P＝aV+b和P＝cV+d。由于腔体的可用容积Vc是已知的，因此有可能从aVc+b＝cVc+d计算腔体分隔器移动期间的压力，即入口(或出口)压力P。该计算由线5描绘，其具有长度Vc，而在不同压力6和7下的恒压线则没有。
如果需要在泵送流体与用于控制泵并给泵提供动力的流体之间的完美隔离，则可以在壳体的顶部的内表面与主活塞的顶部表面之间添加诸如波纹管的弹性或可折叠管。这样，即使有些泵送流体从阀中逸出并弄湿壳体的壁，其也不能污染控制流体回路。这在医疗应用中尤其重要，在医疗应用中，泵送流体可能存在生物危害，并且不得污染驱动泵。
应当注意，在一些实施例中，腔体分隔器不垂直于活塞运动轴线。
在泵的该实施例中，如果泵的入口端口处的压力变得太高，则可能出现故障指示并且系统进入自由流动状态，在这种情况下，阀18和阀28两者同时打开。在该自由流动状态中，系统对流动添加很小的阻力或没有阻力，从而允许释放过量压力。
在具有独立的主动控制的阀的实施例中，由于每个阀是独立控制的，因此给定阀是打开还是关闭不受系统中的其他阀的状态或腔体中的隔膜的状态的影响。这在系统中提供了附加的灵活性。在这样的实施例中，有可能：
1.通过改变隔膜或其他腔体分隔器与阀激活之间的时间关系进行双向泵送。
2.通过关闭两个阀并且尝试推出流体来检查阀中是否有泄漏。可以通过泵送腔体中的压力下降来检测泄漏。
3.打开的阀两端没有压降，因此可以在第一端口和第二端口两者处独立测量压力。
应注意，在一些实施例中，可以有一个或多个第一端口，并且多个第一端口可以由一个或多个阀控制。类似地，在一些实施例中，可以有一个或多个第二端口，并且多个第二端口可以由一个或多个阀控制。

Claims (8)

1.一种正排量泵，其包括：
壳体，其具有用于使可泵送流体流入和流出所述泵的至少两个泵送端口，以及用于使操作压力流入和流出所述泵的至少一个控制端口，其可连接到压力传感器；
所述壳体内部的至少一个腔体，其由隔膜分成第一容积和第二容积，所述第一容积与所述第二容积流体隔离，所述第二容积可流体连接到所述至少两个泵送端口，所述第一容积流体连接到所述至少一个控制端口；所述隔膜借助于所述操作压力可移动；所述第二容积通过所述隔膜的移动而可逆地增大；以及
至少两个阀，其被配置为控制流过所述至少两个泵送端口的流动，所述至少两个阀中的至少一个阀可控制流过所有所述至少两个泵送端口的流体，所述至少两个阀中的第一至少一个阀与所述至少两个泵送端口中的第一至少一个泵送端口流体连接，所述至少两个阀中的第二至少一个阀与所述至少两个泵送端口中的第二至少一个泵送端口流体连接，所述至少两个阀中的至少一个阀的控制独立于所述至少两个阀中的至少另一个阀的控制；
其中所述第二容积的增大使所述可泵送流体流入所述泵，并且所述第二容积的逆向增大使所述可泵送流体流出所述泵；
进一步地其中所述隔膜是柔性塑料膜，其厚度在0.01mm-0.5mm的范围内，允许所述隔膜在压力损失最小的情况下在所述至少一个腔体中上下移动，并且导致所述隔膜在所述至少一个腔体的顶部和所述至少一个腔体的底部之间移动，所述隔膜的所述移动不影响所述至少一个腔体内的腔体压力，因此可通过从所述压力传感器接收的所述操作压力的测量来确定所述至少两个泵送端口中的至少两个处的端口压力。
2.根据权利要求1所述的泵，其中所述至少两个阀中的至少一个阀的控制独立于所述操作压力的控制。
3.根据权利要求1所述的泵，另外包括与所述第二容积流体连通的至少一个通气端口。
4.根据权利要求1所述的泵，其中泵冲程包括一个所述第二容积的所述增大和一个所述增大的所述逆向。
5.根据权利要求1所述的泵，其中在每个所述泵冲程期间，预定容积的流体从所述至少一个第一端口转移到所述至少一个第二端口。
6.根据权利要求1所述的泵，其中所述第一容积通过所述隔膜与所述第二容积流体隔离。
7.根据权利要求1所述的泵，其中所述至少两个阀中的至少一个是夹管阀。
8.根据权利要求7所述的泵，其中所述夹管阀选自由气动控制阀、液压控制阀、电驱动阀和螺线管操作阀组成的组。
CN201880086434.4A 2017-11-29 2018-11-29 双主动阀流体压力操作的正排量泵 Active CN111655310B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762591803P 2017-11-29 2017-11-29
US62/591,803 2017-11-29
PCT/IL2018/051311 WO2019106674A1 (en) 2017-11-29 2018-11-29 A dual active valve fluid pressure operated positive displacement pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111655310A CN111655310A (zh) 2020-09-11
CN111655310B true CN111655310B (zh) 2022-07-05

Family

ID=66664431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880086434.4A Active CN111655310B (zh) 2017-11-29 2018-11-29 双主动阀流体压力操作的正排量泵

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20200384189A1 (zh)
EP (1) EP3717041A4 (zh)
CN (1) CN111655310B (zh)
IL (1) IL274990A (zh)
WO (1) WO2019106674A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021072729A1 (en) * 2019-10-18 2021-04-22 Healtell (Guangzhou) Medical Technology Co., Ltd. Microfluidic chip pumps and methods thereof

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121584A (en) * 1976-10-15 1978-10-24 R. Scott Turner Method and apparatus for controlling the dispensing of fluid
US4152098A (en) 1977-01-03 1979-05-01 Clark Ivan P Micropump
US4360019A (en) 1979-02-28 1982-11-23 Andros Incorporated Implantable infusion device
US4303376A (en) * 1979-07-09 1981-12-01 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Flow metering cassette and controller
DE3408331C2 (de) * 1984-03-07 1986-06-12 Fresenius AG, 6380 Bad Homburg Pumpanordnung für medizinische Zwecke
US4778451A (en) * 1986-03-04 1988-10-18 Kamen Dean L Flow control system using boyle's law
US5049141A (en) * 1990-04-25 1991-09-17 Infusaid, Inc. Programmable valve pump
DE4041807A1 (de) * 1990-12-27 1992-07-02 Karl Eickmann Hoechst-druck aggregat
US5554013A (en) * 1992-05-01 1996-09-10 Mcgaw, Inc. Disposable cassette with negative head height fluid supply
DE19627619A1 (de) * 1996-07-09 1998-01-15 Orlita Prozesstechnik Orlita G Antrieb für eine Membran- oder Kolbenpumpe für die Dosierung von Medien
EP1072868A1 (de) * 1999-07-09 2001-01-31 Sawatec Ag Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten
US6877713B1 (en) * 1999-07-20 2005-04-12 Deka Products Limited Partnership Tube occluder and method for occluding collapsible tubes
US6604908B1 (en) * 1999-07-20 2003-08-12 Deka Products Limited Partnership Methods and systems for pulsed delivery of fluids from a pump
JP3806859B2 (ja) * 1999-09-24 2006-08-09 応研精工株式会社 ダイヤフラムポンプ
US6905314B2 (en) * 2001-10-16 2005-06-14 Baxter International Inc. Pump having flexible liner and compounding apparatus having such a pump
US20040136843A1 (en) * 2002-04-12 2004-07-15 Bayer Aktiengesellschaft Diaphragm pump
US7175606B2 (en) * 2002-05-24 2007-02-13 Baxter International Inc. Disposable medical fluid unit having rigid frame
US7087036B2 (en) * 2002-05-24 2006-08-08 Baxter International Inc. Fail safe system for operating medical fluid valves
GB0310942D0 (en) * 2003-05-13 2003-06-18 Itw Ltd Diaphragm pump system
US20090068032A1 (en) * 2005-05-10 2009-03-12 Pendotech Sanitary Diaphragm Pump for Critical Bioprocess Applications
US8197231B2 (en) * 2005-07-13 2012-06-12 Purity Solutions Llc Diaphragm pump and related methods
US7717682B2 (en) * 2005-07-13 2010-05-18 Purity Solutions Llc Double diaphragm pump and related methods
EP1993633B1 (en) * 2006-02-09 2016-11-09 Deka Products Limited Partnership Pumping fluid delivery systems and methods using force application assembly
WO2007120812A2 (en) * 2006-04-14 2007-10-25 Deka Products Limited Partnership Systems, devices and methods for fluid pumping, heat exchange, thermal sensing, and conductivity sensing
US10537671B2 (en) * 2006-04-14 2020-01-21 Deka Products Limited Partnership Automated control mechanisms in a hemodialysis apparatus
US7967022B2 (en) * 2007-02-27 2011-06-28 Deka Products Limited Partnership Cassette system integrated apparatus
JP4547368B2 (ja) * 2006-11-20 2010-09-22 株式会社コガネイ 薬液供給装置
US9217427B2 (en) * 2007-03-16 2015-12-22 Robert Bosch Packaging Technology, Inc. Disposable positive displacement dosing system
EP2011540A1 (en) * 2007-07-02 2009-01-07 Ulrich GmbH & Co. KG Hose System for an Injector, Squeeze Valve and Pressure Measuring Interface
US8087906B2 (en) * 2007-08-01 2012-01-03 Carefusion 303, Inc. Fluid pump with disposable component
EP2758096A4 (en) * 2011-09-21 2015-07-01 Bayer Medical Care Inc SYSTEM AND METHOD FOR CONTINUOUS MULTI-FLUID DISTRIBUTION
US9046085B2 (en) * 2012-03-14 2015-06-02 Eden Medical, Inc. Miniature pumps
CN105288772B (zh) * 2013-02-05 2019-08-06 艾韦尼克斯股份有限公司 流体流动测量和控制
US11542936B2 (en) * 2017-03-24 2023-01-03 Fresenius Kabi Usa, Llc Fluid flow control and delivery via multiple fluid pumps

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019106674A1 (en) 2019-06-06
IL274990A (en) 2020-07-30
US20200384189A1 (en) 2020-12-10
EP3717041A1 (en) 2020-10-07
US20230366388A1 (en) 2023-11-16
CN111655310A (zh) 2020-09-11
EP3717041A4 (en) 2021-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9937291B2 (en) Piston pump
US4634430A (en) Pump arrangement for medical purposes
JP6433431B2 (ja) 医療用ポンプ
JP7123968B2 (ja) 医療流体のための容積式ポンプおよび医療流体のための容積式ポンプを備える血液処理装置ならびに医療流体のための容積式ポンプを制御するための方法
EP3377146B1 (en) Micropump and method of manufacturing a micropump
US7934519B2 (en) Valve unit for a microfluid system
CN107073185A (zh) 医用膜泵驱动器的系统压缩率值的确定方法
US20230366388A1 (en) Dual active valve fluid pressure operated positive displacement pump
US9874206B2 (en) Fluid-driven pump having a modular insert and related methods
WO1990013795A2 (en) Enhanced pressure measurement flow control system
JP5475700B2 (ja) 液体供給方法および装置
CN101285464B (zh) 组合压力开关
CN105828852B (zh) 隔膜泵
US20220228586A1 (en) Diaphragm pump and blood purification apparatus using same
CN101245777B (zh) 具有泄漏补偿设备的液压致动隔膜泵
US6139286A (en) Automatic venting back pressure valve
GB2195149A (en) Tubular diaphragm pumps
IL271629B1 (en) Assembling a pump with a double-action reciprocating drive that can be used once
CN210935013U (zh) 储液装置及储液装置阵列
WO2009091466A1 (en) Valve actuator for controlling a medical fluid
IL271644B1 (en) Using a balloon as a retarder for the output of a reciprocating pump
CN110566449A (zh) 一种流量传感装置及水电泵

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant