CN111720284A - 气动计量泵及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气动计量泵，包括泵体，泵体内部设有计量腔室和检测腔室，计量腔室的上端设有进出气口，下端进液口和出液口上分别安装有进液单向阀及出液单向阀，计量腔室内部设有液位浮子，液位浮子内部靠近检测腔室的一侧设有磁钢；检测腔室安装有步进电机，步进电机的输出轴上连接有可与输出轴同步转动的丝杆，丝杆的一侧固定有与其平行设置的导向杆，丝杆上安装有可以随着丝杆转动而上下运动的滑块，滑块的另一侧滑动套设在导向杆上，滑块上靠近计量腔室内磁钢的一侧安装有检测板，检测板上设有磁传感器。本发明气动计量泵测量精度高、结构设计紧凑、性能稳定，可以长期可靠工作。

Description

气动计量泵及其测量方法
技术领域
本发明属于计量泵技术领域，具体是一种气动计量泵及其测量方法。
背景技术
计量泵是流体输送的常用机械，其特点是可以保持与排出压力无关的恒定流量。由于其自身的突出特点,计量泵如今已被广泛地应用于石油化工、制药、食品等各种工业领域中。
现有的精确度较高的计量泵主要有：柱塞式、隔膜式等，其中，柱塞式计量泵由于柱塞与腔体之间有往复相对运动，因此会造成磨损而影响正常工作；隔膜式计量泵也会因为计量的液体粘稠度变化而导致计量精度变化。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种高精度测量液体的气动计量泵及其测量方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种气动计量泵，包括泵体，所述泵体内部设有计量腔室和检测腔室，其特征在于：所述计量腔室的上端设有进出气口，下端设有进液口和出液口，进液口和出液口上分别安装有进液单向阀及出液单向阀；计量腔室内部设有可自由活动的液位浮子，液位浮子内部靠近检测腔室的一侧设有磁钢；所述检测腔室安装有步进电机，步进电机的输出轴上连接有可与输出轴同步转动的丝杆，丝杆的一侧固定有与其平行设置的导向杆，丝杆上安装有可以随着丝杆转动而上下运动的滑块，滑块的另一侧滑动套设在导向杆上，滑块上靠近计量腔室内磁钢的一侧安装有检测板，检测板上设有磁传感器；所述导向杆的上下两端的检测腔室上分别设有上、下限位开关；所述检测腔室内设有控制器，控制器通过导线分别与步进电机、限位开关、检测板控制连接。
作为进一步优选方案，所述计量腔室内位于进出气口的下方固定有导流盘，导流盘上均匀开设有多个导流孔。
作为进一步优选方案，所述导流盘内位于进出气口正下方的通孔内设有安全阀浮子，安全阀浮子内部装有磁钢；在所述计量腔室的进出气口的一侧设有与控制器连接的安全阀检测板，所述安全阀检测板上设有干簧管。
作为进一步优选方案，所述进出气口通过主气路管道分别与负压电磁阀及正压电磁阀相连，负压电磁阀另一端连接有真空泵，正压电磁阀另一端连接有空压机，主气路管道上设有主气路电磁阀，负压电磁阀、正压电磁阀以及主气路电磁阀分别与控制器连接。
作为进一步优选方案，所述气动计量泵上还包括报警装置，所述报警装置与控制器连接。
作为进一步优选方案，所述限位开关为光电开关，由光发射器和光接收器两部分组成，滑块上设有可切断光电开关的挡光板。
一种气动计量泵的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第1步，控制器上电时，下限位开关的光电器件处于导通状态，此时控制器驱动步进电机转动并带动滑块移动到下限位开关处，滑块上的挡光板隔开光电开关的发射器和接收器，发出关断信号，控制器接收到关断信号完成零点校准；
第2步，控制器控制负压电磁阀打开，液体通过进液单向阀流入计量腔室，液位浮子随着液位高度升高而上升，磁传感器检测到液位浮子内部磁钢的位置信号后，由控制器控制步进电机旋转带动滑块跟随液位浮子的位置变化，同时控制器记录步进电机转动的步数；液位浮子到达指定位置后，关闭负压电磁阀，控制器通过液位高度及计量腔室截面积计算出计量腔室内液体体积，这被称为吸入步骤；
第3步，打开正压电磁阀，使计量腔室内液体在气压驱动下通过出液单向阀流出计量腔室，磁传感器检测到液位浮子内部磁钢的位置信号后，由控制器控制步进电机旋转带动滑块跟随液位浮子的位置变化，同时控制器记录步进电机转动的步数；液位浮子到达指定位置后，关闭正压电磁阀，控制器通过液位高度变化及计量腔室截面积计算出泵出的液体体积，这被称为泵出步骤。
所述方法的第1步、第2步和第3步中，控制器通过向步进电机发出的脉冲信号控制步进电机转动，脉冲信号分为正转、反转两种，分别对应于步进电机输出轴的正转、反转两种旋转方向。
所述方法的第2步和第3步中，控制器根据脉冲信号正转、反转类型和脉冲信号数量，计算出被测液体的液位高度。
本发明具有以下优点：
(1)控制器、限位装置等电气部件均设置在与计量腔室隔离开的检测腔室中，实现对被测液体的非接触式液位计量，可以应用于易燃、易爆以及高腐蚀性液体的精准计量泵送。
(2)控制器通过脉冲信号的类型和数量对液体的高度进行计量，得到的计量数据准确、精度高。
(3)与柱塞式、隔膜式计量泵相比，本申请的气动计量泵不会在工作中因为磨损而影响正常工作，也不会因为计量的液体粘稠度变化而导致计量精度变化，可以实现大流量条件下的高精度计量。
(4)结构设计紧凑、性能稳定，可以长期可靠工作。
附图说明
图1是本发明气动计量泵的外部结构示意图；
图2是本发明气动计量泵的内部结构示意图；
图3是本发明中导流盘的俯视图；
图4是本发明中导流盘的正面剖视图；
图5是本发明气动计量泵控制器的工作原理图。
图中：1-进出气口；2-安全阀检测板；3-安全阀浮子；4-泵体；5-导流盘；6-液位浮子；7-磁钢；8-进液单向阀；9-出液单向阀；10-步进电机；11-导向杆；12-上限位开关；13-磁传感器；14-滑块；15-控制器；16-软导线；17-丝杆；18-下限位开关。
具体实施方式
为了使本领域技术人员了解本发明实现的技术手段，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-5所示，本发明的一种气动计量泵，包括泵体，所述泵体内部设有计量腔室A和检测腔室B，其特征在于：所述计量腔室A的上端设有进出气口1，下端设有进液口和出液口，进液口和出液口上分别安装有进液单向阀8及出液单向阀9，计量腔室A内部设有可自由活动的液位浮子6，液位浮子6内部靠近检测腔室的一侧设有磁钢7；所述检测腔室B安装有步进电机10，步进电机10的输出轴上连接有可与输出轴同步转动的丝杆17，丝杆17的一侧固定有与其平行设置的导向杆11，丝杆17上安装有可以随着丝杆17转动而上下运动的滑块14，滑块14的另一侧滑动套设在导向杆11上，滑块14上靠近计量腔室A内磁钢7的一侧安装有检测板，检测板上设有磁传感器13，所述导向杆11的上下两端的检测腔室B上分别设有上、下限位开关12、18，所述检测腔室B内设有控制器15，控制器15通过软导线16分别与步进电机10、限位开关12、18、检测板13控制连接。在本实施例中，控制器15可为80C51式通用型单片机或可编程逻辑控制器(PLC)，该控制器15一方面向步进电机10输出脉冲信号以控制步进电机10的输出轴产生正转或反转，另一方面根据脉冲信号正转、反转类型和脉冲信号数量，计算出被测液体的液位高低；步进电机10每收到控制器15的一个输出脉冲，步进电机10的输出轴就使丝杆17产生固定的转动角度，控制器15输出正转脉冲时，步进电机10输出轴沿着一个方向转动，例如顺时针方向；控制器15输出反转脉冲时，步进电机10输出轴沿着另一个方向转动，例如逆时针方向。实际应用时，只需要增加步进电机10的细分步数即可有效地提高检测精度。
所述计量腔室A内位于进出气口1的下方固定有导流盘5，导流盘5上均匀开设有多个导流孔，导流盘5可以防止高压气体进入到计量腔室A内会导致液位浮子6被冲击晃动，影响计量的准确性，导流盘5上的多个导流孔分散了气流压力，可以使气流平稳进入计量腔室A，并推动液位浮子6平滑运动，实现计量精准。
所述导流盘5内位于进出气口1正下方的通孔内设有安全阀浮子3，安全阀浮子3内部装有磁钢，在所述计量腔室A的进出气口1的一侧设有与控制器15连接的安全阀检测板2，所述安全阀检测板2上设有干簧管。正常使用时，滑块14应始终位于上限位开关12与下限位开关18之间，若上限位开关12发出关断信号，则表明液位已满，应立即关掉负压电磁阀；如果负压电磁阀失效或控制器失效等原因导致液位不断上升则会使工作液体进入电磁阀导致电磁阀损坏，因此，设置有安全阀浮子3可以防止此类现象发生。当液面继续上升时，液体浮力托起安全阀浮子3并上浮到达进出气口1，安全阀浮子3与进出气口1贴合密封阻止了液面进一步上升；同时安全阀检测板2上的干簧管被磁化导通发出信号，控制器15检测到该信号后关断主气路电磁阀，并发出声光报警。
所述进出气口1通过主气路管道分别与负压电磁阀及正压电磁阀相连，负压电磁阀另一端连接有真空泵，正压电磁阀另一端连接有空压机，主气路管道上设有负压电磁阀、正压电磁阀以及主气路电磁阀分别与控制器连接。在计量泵吸入状态下，负压电磁阀打开，计量腔室A内压强低于大气压，液体通过进液单向阀8流入计量腔室A内，此时，液位浮子6升高，磁传感器13检测到液位浮子6内部磁钢的磁信号后，由控制器15控制步进电机10旋转带动滑块14升高跟随液位浮子6的位置变化，同时控制器15记录步进电机10转动的步数；当液位浮子6到达设定高度后，关闭负压电磁阀；在计量泵排出状态下，打开正压电磁阀，使空压机内的压缩气体进入计量腔室A内，使计量腔室A内部压强高于外部压强，则液体由出液单向阀9流出计量腔室A。此时，磁传感器13检测到液位浮子6磁钢的信号，在步进电机10的驱动下跟随液位浮子6一起向下移动；当控制器15检测到液位浮子6到达指定位置后，关闭正压电磁阀，停止压缩气体进入计量腔室A，从而停止液体流出。
所述气动计量泵上还包括报警装置，所述报警装置与控制器15连接，用于控制器15检测到异常时发出声光报警。
所述限位开关12、18为光电开关，由光发射器和光接收器两部分组成，滑块14上设有可切断光电开关的挡光板。
一种气动计量泵的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第1步，控制器15上电时，下限位开关18的光电器件处于导通状态，此时控制器15驱动步进电机10转动并带动滑块14移动到下限位开关18处，滑块14上的挡光板隔开光电开关12的发射器和接收器，发出关断信号，控制器15接收到关断信号完成零点校准，这被称为校准步骤；
第2步，控制器15控制负压电磁阀打开，液体通过进液单向阀8流入计量腔室A，液位浮子6随着液位高度升高而上升，磁传感器13检测到液位浮子6内部磁钢7的位置信号后，由控制器15控制步进电机10旋转带动滑块14跟随液位浮子6的位置变化，同时控制器15记录步进电机10转动的步数；液位浮子6到达指定位置后，关闭负压电磁阀，控制器15通过液位高度及计量腔室截面积计算出计量腔室A内液体体积，这被称为吸入步骤；
第3步，打开正压电磁阀，使计量腔室A内液体在气压驱动下通过出液单向阀9流出计量腔室A，磁传感器13检测到液位浮子6内部磁钢7的位置信号后，由控制器15控制步进电机10旋转带动滑块14跟随液位浮子6的位置变化，同时控制器15记录步进电机10转动的步数；液位浮子6到达指定位置后，关闭正压电磁阀，控制器15通过液位高度变化及计量腔室A的截面积计算出泵出的液体体积，这被称为泵出步骤。
在上述测量方法的第1步、第2步和第3步中，控制器15通过向步进电机10发出的脉冲信号控制步进电机10转动，脉冲信号分为正转、反转两种，分别对应于步进电机10输出轴的正转、反转两种旋转方向；在第2步和第3步中，控制器15根据脉冲信号正转、反转类型和脉冲信号数量，计算出被测液体的液位高度，从而计算出吸入、泵出的液体体积。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，本发明还会有各种变化和改进，例如滑块上的磁传感器可为接近开关、霍尔元件或干簧管等检磁器件，丝杆可以为编码带或软绳，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种气动计量泵，包括泵体，所述泵体内部设有计量腔室和检测腔室，其特征在于：所述计量腔室的上端设有进出气口，下端设有进液口和出液口，进液口和出液口上分别安装有进液单向阀及出液单向阀；计量腔室内部设有可自由活动的液位浮子，液位浮子内部靠近检测腔室的一侧设有磁钢；所述检测腔室安装有步进电机，步进电机的输出轴上连接有可与输出轴同步转动的丝杆，丝杆的一侧固定有与其平行设置的导向杆，丝杆上安装有可以随着丝杆转动而上下运动的滑块，滑块的另一侧滑动套设在导向杆上；滑块上靠近计量腔室内磁钢的一侧安装有检测板，检测板上设有磁传感器；所述导向杆的上下两端的检测腔室上分别设有上、下限位开关；所述检测腔室内设有控制器，控制器通过导线分别与步进电机、限位开关、检测板控制连接。
2.根据权利要求1所述的气动计量泵，其特征在于：所述计量腔室内位于进出气口的下方固定有导流盘，导流盘上均匀开设有多个导流孔。
3.根据权利要求2所述的气动计量泵，其特征在于：所述导流盘内位于进出气口正下方的通孔内设有安全阀浮子，安全阀浮子内部装有磁钢；在所述计量腔室的进出气口的一侧设有与控制器连接的安全阀检测板，所述安全阀检测板上设有干簧管。
4.根据权利要求1-3任一所述的气动计量泵，其特征在于：所述进出气口通过主气路管道分别与负压电磁阀及正压电磁阀相连，负压电磁阀另一端连接有真空泵，正压电磁阀另一端连接有空压机，主气路管道上设有主气路电磁阀；负压电磁阀、正压电磁阀以及主气路电磁阀分别与控制器连接。
5.根据权利要求4所述的气动计量泵，其特征在于：所述气动计量泵上还包括报警装置，所述报警装置与控制器连接。
6.根据权利要求4所述的气动计量泵，其特征在于：所述限位开关为光电开关，由光发射器和光接收器两部分组成，滑块上设有可切断光电开关的挡光板。
7.一种气动计量泵的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第1步，控制器上电时，下限位开关的光电器件处于导通状态，此时控制器驱动步进电机转动并带动滑块移动到下限位开关处，滑块上的挡光板隔开光电开关的发射器和接收器，发出关断信号，控制器接收到关断信号完成零点校准，这被称为校准步骤；
第2步，控制器控制负压电磁阀打开，液体通过进液单向阀流入计量腔室，液位浮子随着液位高度升高而上升，磁传感器检测到液位浮子内部磁钢的位置信号后，由控制器控制步进电机旋转带动滑块跟随液位浮子的位置变化，同时控制器记录步进电机转动的步数；液位浮子到达指定位置后，关闭负压电磁阀，控制器通过液位高度及计量腔室截面积计算出计量腔室内液体体积，这被称为吸入步骤；
第3步，打开正压电磁阀，使计量腔室内液体在气压驱动下通过出液单向阀流出计量腔室，磁传感器检测到液位浮子内部磁钢的位置信号后，由控制器控制步进电机旋转带动滑块跟随液位浮子的位置变化，同时控制器记录步进电机转动的步数；液位浮子到达指定位置后，关闭正压电磁阀，控制器通过液位高度变化及计量腔室截面积计算出泵出的液体体积，这被称为泵出步骤。
8.据权利要求7所述的气动计量泵的测量方法，其特征是，所述方法第1步、第2步和第3步中，控制器通过向步进电机发出的脉冲信号控制步进电机转动，脉冲信号分为正转、反转两种，分别对应于步进电机输出轴的正转、反转两种旋转方向。
9.据权利要求7所述的气动计量泵的测量方法，其特征是，所述方法第2步和第3步中，控制器根据脉冲信号正转、反转类型和脉冲信号数量，计算出被测液体的液位高度，从而计算出吸入、泵出的液体体积。
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