CN1161589C - 计量液体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于计量包含在各自储槽内并进入一个或多个收集容器的一种或多种液体的设备,其特征在于,对于每种液体它包括:一与所述储槽连通的用于要计量液体的缸,该缸具有可移动的活塞,该活塞与该缸内的液体表面接触,用于在活塞上施加恒定力的压力装置,用于将液体从缸传送到该收集容器的传送装置,该传送装置包括一导管,该导管具有一与所述活塞相关联并与所述缸连接的用于液体从该缸退回的入口开口和一带有用于传送液体进入所述收集容器之中的传送开口的喷嘴,所述传送装置与所述缸连接以便可根据所述缸内的液位来移动,所述喷嘴刚性连接到该可移动的活塞上,从而在缸内液位变化时使得高于入口开口的液体静压头H2和在入口开口和喷嘴的传送开口之间的几何高度差H1保持恒定,以及与该传送装置相关联并用于控制该传送装置内的液体流动的阀装置。

Description

计量液体的装置和方法
技术领域
本发明涉及计量液体的装置和方法,尤其涉及用于计量配制油漆和涂料的液体着色剂的染料计量装置。
背景技术
在现在描述中使用的术语“液体”旨在包括粘性和无粘性液体和悬浮液。
在用于油漆和涂料的计量染料的设备领域中,手动、半自动或带有活塞的自动设备已广为人知并分布很广。对于每种将计量的着色剂,带有活塞的设备包括一与气缸连通的储槽,该气缸具有一其操作产生所需计量的供给量的滑动活塞。手动设备由于其相对低的成本分布最广,但在容积计量的精度上存在着严重的缺陷。在自动活塞设备中,每个气缸的活塞通过各自的步进马达操作;尽管自动化改善了工效并使用简化;它造成生产和维护成本的大大增加。
使用由各自马达驱动的齿轮容积泵和用于每个液体储槽的液体供给的电磁阀并使液体循环至该储槽的自动染料计量设备同样为人所知。这种类型的设备主要缺点涉及生产和维护的高成本以及涉及可计量液体的局限性:该齿轮泵实际上不适合用于计量含有云母物质的染料并因此不能使用在汽车或“汽车整修”领域中油漆的制备。
在自动设备领域中,可得到顺序操作的设备和同时操作的设备,前者是将要计量的液体按顺序输入该收集容器中,后者是将用于配制所需组分的液体同时输入该收集容器中。
通常,在自动设备中,生产成本的主要部分在于需要将液体通过计算机控制的断路系统控制以恒定流速从输入储槽输送到该收集容器中。为此,可见使用了多个成本高的部件例如步进马达、编码器、有刻度的活塞、齿轮泵和气泵。为降低成本,现在可得到的设备具有一用于所有安装的计量电路的中心控制系统,但要计量的产品具有极端不同的特性并经常需要专用的流速和压力装置。特别地,当前在市场上得到并使用齿轮泵的设备具有高的维护和确实是用于控制流体流速和流动的零件的备件成本。由于系统的磨损或环路中的泄漏,继而是在染料生产中至关重要的小计量的精度损失,这种设备同样需要经常的校正;此外,用在这种机器中的系统为达到恒定的流速需要适度的电流波动(特别在发展中国家不是经常有的),需要添加UPS系统,继而在这种情况下对于最终用户又增加了成本。
在现在可以得到并通常具有暴露于空气中的产品储槽的所有设备中,另一已知的问题是当液位逐渐下降时沿储槽壁液体的变干以及液体载体的蒸发。也造成该产品流变能力相当大的变化以及改变其着色力(在染料的情况下),对于色彩复制具有破坏影响,这两种因素需要经常维护过滤器或其他用于截获包含在液体中的使回路精度失效的硬颗粒的系统。如上所述,使用齿轮泵的系统另一局限在于它不可能计量珍珠或云母的产品由于它们会被泵碾碎,改变所需最终结果。
发明内容
本发明的目的在于提供用于计量液体的设备,该设备克服上述缺点并同时具有低的生产和维护成本。
为此,本发明提供一种用于计量包含在各自储槽内并进入一个或多个收集容器的一种或多种液体的设备,其特征在于,对于每种液体它包括:一与所述储槽连通的用于要计量液体的缸,该缸具有可移动的活塞,该活塞与该缸内的液体表面接触,用于在活塞上施加恒定力的压力装置,用于将液体从缸传送到该收集容器的传送装置,该传送装置包括一导管,该导管具有一与所述活塞相关联并与所述缸连接的用于液体从该缸退回的入口开口和一带有用于传送液体进入所述收集容器之中的传送开口的喷嘴,所述传送装置与所述缸连接以便可根据所述缸内的液位来移动,所述喷嘴刚性连接到该可移动的活塞上,从而在缸内液位变化时使得高于入口开口的液体静压头H2和在入口开口和喷嘴的传送开口之间的几何高度差H1保持恒定,以及与该传送装置相关联并用于控制该传送装置内的液体流动的阀装置。
在优选实施例中,用于将液体从该缸传送至该收集容器的装置包括一与用于液体退回的缸连通的入口开口并固定在该活塞上和一用于传送进入该收集容器的喷嘴,该喷嘴刚性地连接在该可移动的活塞上,使得高于入口开口液体的静压头和该入口开口和传送开口之间的液位差在该缸内的液位变化时保持恒定。
按照本发明,该缸可在大气压力或压力下操作。在可特别使用于不提供大的流阻的非粘性液体的大气压力方案中,活塞构件可由漂浮在液体上并可随缸内液位下降而移动和回落的平板构成。典型地,在此实施例中,退回管刚性地连接在该浮动板上,退回开口浸在液体中,使得退回点保持在与液位恒定的距离上,并与大气接触。在此情况下,按照本发明的定义的压力装置由构成施加恒定力的一个实例的大气压构成。流动通过抽吸或在传送管产生部分真空开始。
在加压方案中,活塞构件密封地可移动与密封的和通过施加恒定压力的装置保持在受压下的缸壁接触。典型地,这些装置包括一附加在该活塞表面上的配重或其他可施加恒定力的装置例如机械或气动装置例如步进马达或减压源,以确保恒定的压力或抽吸力。术语“压力装置”旨在同样包括施加负压的装置。
同样在加压方案中,在优选实施例中,该传送装置还包括固定在该活塞上并浸在液体中的退回管,使得退回点保持在与液位恒定距离上。在此实施例中,传送管的流动可由抽吸作用开始或可由施加的压力直接启动,或两者的组合。
为在液位变化时保持退回点和至喷嘴的传送点之间的液位差恒定,该传送装置可由刚性虹吸管构成或包括一柔性管、设置用于将活塞连接到传送喷嘴的辅助刚性连接装置;这些实施例将参考附图更加详细描述。
液体入口和传送管的退回开口不刚性连接在活塞上,但位于缸中一预定固定点并由例如在该缸的底部或侧部的一孔构成的实施例均落入本发明的范围内;在这种情况下,高于退回点的液体静压头随缸内液位变化而改变;在这种情况下,为了达到恒定的传送速率,设有用于产生传送喷嘴垂直移动的装置,使得当储槽内液位变化时,退回点(此处是固定的)和传送点之间的高度几何差保持与高于退回点的液体静压头成比例。上述实施例涉及布置用于经常确定高于退回点液体柱的压力和根据高于退回点的液体静压头的变化产生传送喷嘴垂直移动的控制和操作单元的使用。
附图说明
按照本发明的设备和方法的另外的优点和特性在参考附图通过提供非限定性实例的以下详细描述中变得清楚,其中:
图1、2、3和4是表示按照本发明的计量设备相应实施例的局部剖面示意图,以及
图5是表示计量设备特别作为一整体的染料计量设备的局部剖面示意图。
具体实施方式
按照本发明的设备可设置用于同时或顺序计量液体;特别地,该设备由用于计量进入油漆或涂料底料中着色剂的染料计量机器构成;然而该设备旨在可使用在所有需要液体容积计量的场合,例如用于通常的食品、化妆品和药品和化学品计量。
参考图1的实施例,对于每种要计量的液体,该设备包括通过例如隔膜类型的单向阀4与含有要计量的液体L的再充装储槽6连通。
现在描述中使用的术语“缸”旨在包括任何形状的容器;最好是圆柱体容器;其他例如三角形或方形底面的形状也可使用。
与缸2相关联的活塞8可移动地与缸壁10接触;活塞8最好密封可移动地在缸壁10上垂直移动,使得液体仅从预定退回点可溢出该缸,如下面更加详细描述。
活塞8通过一可由其自身重量或附加在该活塞上表面的配重12或可施加恒定力的其他机构构成的恒定力与液体的上表面保持接触。
退回管14刚性地连接到活塞8上,其终端截面浸在液体中并在退回开口16处终止;高于退回点的液体静压头(用H2标明)因此在缸内液位的变化时保持恒定。终止于具有传送开口的喷嘴20的刚性、虹吸管状管18与退回管14相连。退回点和传送点之间的几何高度差同样在缸内液位变化时保持恒定。
喷嘴20在大气压或在任何情况下在恒定压力的环境下传送液体进入收集容器C(图4)。
用于截断液体流动的标号22的装置与该传送管相关联并由例如电磁阀或气动阀或用于阻断和控制液体流动的其他手动或电子操作机构构成。
在优选实施例中,阀装置22的开启和闭合通过一例如个人计算机的控制和操作单元控制,该计算机布置成以便能使操作者设定要计量液体的数量,并作为所需计量数量和操作者设定的函数,致使阀装置22的开启和闭合。
缸2最好包括由例如磁力搅拌器构成的用于保持要计量的液体的均匀的混合装置52(图4)。
当设备在操作时,要计量的液体首先装入再充装储槽6中;这种再充装储槽例如由染料生产商提供的可塌陷类型袋子构成并按照需要使要计量的液体容易更换。起初,按照连通容器原理的基础,液体从再充装储槽6或可塌陷袋子中抽吸通过单向薄膜阀4进入该缸。为了从再充装储槽6流动到缸2还设置驱动装置24用来使活塞8的垂直向上移动。导入缸2的液体不与空气接触并因此不会在缸壁上变干或形成薄膜和可能阻塞环路的固体残渣。因此维护操作的频率大大降低,这与已知设备相比构成明显的优势。排气阀或旋塞通常设在传送管的最上部用于在初始以液体充装该缸期间从该缸中清除空气。缸内空气通过旋塞或阀清除的同时从再充装储槽中抽吸入产品。一旦液体已经进入该缸,由于活塞施加压力的结果薄膜阀4具有阻止液体返回该再充装储槽中的作用;当该缸在压力下此阀闭合并且当活塞上升开启。在该再充装储槽的底部经常保持一定液位以便阻止空气渗入。
液体从缸2传送到收集容器是通过阀装置22产生的;当电磁阀22开启,液体从喷嘴20流出进入大气压力或恒定压力下的环境;当电磁阀22闭合,活塞构件保持静止,并且因为阀4闭合缸内压力大于该再充装储槽压力,缸内液体不能返回该再充装储槽。在手动方案中,阀4也可由简单开/关龙头构成。
为控制传送流速,所需每分钟流速按理论计算,恒定压力值由配重12或根据流动产品的特性试验确定的其他等同机构产生。阀装置22的开和关时间通过对测量预定周期的时间并根据传送量修改开启时间的校准软件和微小平衡来确定。在按照本发明的计量设备中,其中n个单独的计量和传送环路设置用于n种液体计量,对于每种单独环路进行校准并因此得到校准曲线。阀装置的开启和闭合通过PLC或从最终操作者指定其选择的计算机接受要传送的量的等同处理单元来控制。重要的是应注意到按照本发明的设备能使每个环路完全独立其他的环路,从而如果使用者愿意使得各组分的预定配方可同时或顺序传送。自然,一旦校准,该环路甚至在没有平衡的情况下正常操作。
由于要计量的产品通常具有很大不同的粘度和规格,按照本发明的设备,其中每个计量环路是完全独立的,为了实现均匀和非紊流的流动,允许校准所需流速和由压力装置施加的所需压力两者。在避免造成部件磨损的气穴现象的同时实现对于每个单独产品和环路可以选择不同流速。
在图2~5实施例中,与图1相同的元件用相同的参考标号表示。图2的实施例不同于图1的实施例,实质上其中用于将液体从缸2传送到收集容器的导管包括连接到退回管14的柔性管26,退回管14如图1刚性连接到活塞8上。其中在图1中阀装置22连接到虹吸管状管18上并因此随整个系统移动,图2中,阀装置22通过柔性管26和柔性管28固定和连接到喷嘴20上。在此实施例中,设置例如支架30的辅助刚性连接装置并将活塞8连接到喷嘴20上,使得退回点和可移动的喷嘴20之间的几何高度差同样在此实施例中保持恒定。
图3的实施例中,用于将液体从缸2传送到收集容器的装置包括浸在该液体中的柔性管32。柔性管32通过浸在该液体中的刚性连接装置34刚性固定在活塞8上,并具有一离活塞8恒定垂直距离的入口开口16。喷嘴20通过刚性连接装置30刚性地连接在该活塞上,如图3所示。
图4的实施例大致与图1实施例相对应,其中用于液体传送的装置由刚性虹吸管状管18构成。在此实施例中,活塞构件由可滑动的圆柱形盖子构成,该盖子具有通过密封装置42密封地可滑动与缸壁10啮合的侧壁40和可通过配重12在该液体上施加压力的端壁44。
图5全视图表示染料计量设备或类似计量装置的示意实施例,该装置包括带有一个或多个外壳46a、46b的支撑结构44,该外壳具有含有多个传送环路,每个传送环路包括与再充装储槽或可塌陷袋子相连的缸2。每个缸连接到与阀装置22相关联并终止于各自喷嘴20的传送管。PLC单元、个人计算机或其他等同处理单元标号为48,并具有显示屏50;此单元按照操作者设定的参数控制阀装置22的开启和闭合。
如上所述,每个喷嘴可独立于其他喷嘴移动,但其移动显然可以是同时的或顺序的。在按照本发明的设备中,在设计阶段通过改变施加在该液体的压力可以实现甚至是非常小的量的最佳计量操作。因此实现流速与该阀装置反应时间的平衡。最小计量可通过根据液体类型、压力损失、所需结果和每秒钟流速校准输出速率,并结合使用的该阀或闭合系统最小操作时间来计算。按照本发明的设备的另一优点在于甚至含有云母颜料的着色剂或油漆可以在没有可施加剪切动作的机械情况下精确计量;因此该设备特别在汽车漆面修复(汽车翻修)领域有优势。
本发明的另一目的提供一种是用于计量液体的方法,对于每种要计量的液体使用一缸,该缸具有与该缸内的液体表面接触的可移动的活塞,和用于将液体从该缸传送到一收集容器的传送装置,该传送装置具有一用于液体从该缸退回的入口开口和一传送开口,其中通过用于施加恒定力的压力装置在活塞上施加一压力以使液体产生从该入口开口到该传送开口的流动,其特征在于,在液体传送期间,在该缸内液位变化时使该入口开口和该传送开口之间的高度差H1和高于该入口开口的液体静压头的高度H2保持恒定。
作为上述方法的特殊情况,按照本发明的方法最好产生一种状态,在该状态中在缸内液位变化时高于退回点的液体静压头和退回开口和传送开口之间的液位差将保持恒定。

Claims (12)

1.用于计量包含在各自储槽(6)内并进入一个或多个收集容器的一种或多种液体的设备,其特征在于,对于每种液体它包括:
-一与所述储槽(6)连通的用于要计量液体的缸(2),该缸具有可移动的活塞(8),该活塞与该缸(2)内的液体表面接触,
-用于在活塞(8)上施加恒定力的压力装置(12),
-用于将液体从缸(2)传送到该收集容器的传送装置(14、16、18、20),该传送装置包括一导管,该导管具有一与所述活塞(8)相关联并与所述缸连接的用于液体从该缸退回的入口开口(16)和一带有用于传送液体进入所述收集容器之中的传送开口(20)的喷嘴,所述传送装置与所述缸连接以便可根据所述缸(2)内的液位来移动,所述喷嘴刚性连接到该可移动的活塞上,从而在缸内液位变化时使得高于入口开口(16)的液体静压头H2和在入口开口(16)和喷嘴(20)的传送开口之间的几何高度差H1保持恒定,以及
-与该传送装置相关联并用于控制该传送装置内的液体流动的阀装置(22)。
2.如权利要求1所述的设备,其特征在于,该传送装置包括一与所述活塞相连的刚性虹吸管状管(18),其与所述入口开口(16)端接,与该缸和所述喷嘴连通并被固定到所述活塞(8)上。
3.如权利要求1所述的设备,其特征在于,该传送装置包括一与所述入口开口和所述喷嘴连接的柔性管(26、28),并设置用于将可移动的活塞(8)连接到所述喷嘴的传送开口(20)上的辅助刚性连接装置(30)。
4.如上述权利要求1所述的设备,其特征在于,所述活塞(8)密封地沿缸壁(10)垂直移动。
5.如权利要求4所述的设备,其特征在于,用于施加恒定力的压力装置包括一配重(12)或可施加恒定力的机械装置。
6.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述活塞(8)包括漂浮在所述缸(2)内的液体上的板件。
7.如上述权利要求任一项所述的设备,其特征在于,所述储槽是一种再充装储槽(6),其与所述缸(2)相关联并通过单向阀(4)与该缸连通。
8.如权利要求7所述的设备,其特征在于,再充装储槽(6)由一可塌陷袋子构成。
9.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备还包括一布置成根据计量要计量的液体的参数以使得阀装置(22)开启和/或闭合的控制和操作单元(48),该参数通过操作者设定。
10.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备用于计量着色剂。
11.一种计量液体的方法,对于每种要计量的液体使用一缸(2),该缸具有与该缸内的液体表面接触的可移动的活塞(8),和用于将液体从该缸传送到一收集容器的传送装置(14、16、18、20),该传送装置具有一用于液体从该缸退回的入口开口(16)和一传送开口(20),其中通过用于施加恒定力的压力装置在活塞(8)上施加一压力以使液体产生从该入口开口到该传送开口的流动,其特征在于,在液体传送期间,在该缸内液位变化时使该入口开口和该传送开口之间的高度差H1和高于该入口开口的液体静压头的高度H2保持恒定。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,要计量的液体通过一再充装储槽(6)供应到缸(2)中,该再充装储槽通过一单向阀与该缸连接。
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