CN117881622A - 控制流体分配的装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种控制流体分配的装置100。所述控制流体分配的装置100(以下简称为“装置”)在分配周期中的预定时间量内分配微量流体。内含液体的主储罐105优选地位于柱塞单元120上方。控制器115被配置为通过激活柱塞单元220的电磁体205来在多个重复分配流体的分配周期中分配流体。柱塞单元120的柱塞215可从第一位置往复移动到第二位置，反之亦然，以将流体释放到针单元125。可移除且可更换的针单元125将从管110接收的预定量的流体转移到小瓶130。

Description

控制流体分配的装置

技术领域

本发明涉及流体分配装置，并且更具体地涉及精确控制的流体分配装置。

背景技术

精确性和准确性是制造业中的重要因素。除了这些参数之外，可重复性也是制造业中需要考虑的一个参数。具有可重复性的准确产品或输送很重要。可见，准确且可重复地分配少量液体具有挑战性。

在化学制药行业和各种研究领域中，重复分配等剂量的流体是非常关键的，因为剂量过高或过低可能会对受试者产生非常大的影响。在这种情况下，准确性和可重复性至关重要。目前，用于产生相等剂量的药物/液体、注射剂或任何其他流体的系统大多是自动化的。这种系统使用分配预定量流体的装置。自动化设备和流程的准确性远远高于人类。

IVEK公司的美国专利US5312233A是一种用于分配纳升体积液体的线性液体分配泵。该美国专利公开了一种分配泵，其能够以0.1％或更高的精度分配纳升体积液体。该线性液体分配泵利用数字电子器件、固态传感器，并且可与具有闭环反馈电子电路的微处理器或类似控制器轻松集成。

武藏工程株式会社(Musashi Engineering Inc.)的韩国专利KR100518145B1公开了一种用于液体分配器的注射器的柱塞。该韩国专利具有一种液体分配器，该液体分配器通过用压缩空气挤压填充在注射器中的液体材料(例如粘合剂或树脂)来从连接到注射器尖端的针排出少量液体。

需要一种用于分配精确量流体的装置。还需要一种用于精确、控制流体重复分配的装置。

发明内容

本发明公开了一种控制流体分配的装置，该装置用于准确、精确且可重复地分配预定量的液体。本发明的装置(以下简称为“装置”)包括主储罐、管、控制器和柱塞单元，该柱塞单元包括具有至少两个位置(例如第一位置和第二位置)的柱塞。

所述主储罐存储有可凭借重力流过管的流体。所述主储罐位于柱塞单元上方。所述管穿过所述柱塞单元的底端，同时接收来自所述主储罐的流体。所述控制器被配置为通过激活所述柱塞单元的电磁体来在多个重复分配流体的分配周期内分配流体。针单元是可移除且可更换的。所述针单元在一个或多个分配周期中将从所述管接收的预定量的流体转移到小瓶。

所述柱塞单元的柱塞可从第一位置往复移动到第二位置，反之亦然。在所述柱塞的第一位置，所述管中的液体流被阻挡。在所述柱塞的第二位置，所述管中的液体流有利地被释放到所述针单元。所述柱塞单元包括电磁体、柱塞、弹簧、凸缘、末端和板。所述柱塞单元可通过电磁体往复移动，该电磁体具有定位在所述柱塞上的弹簧，以将所述柱塞定位在所述第一位置。所述管穿过所述柱塞单元的底端。

所述主储罐有利地被密封和加压以限定非自由流过所述管的流体流。所述管的第一端连接到所述主储罐的底部，管的第二端连接到针单元。所述管通过穿过所述柱塞单元来定位。所述管在进入所述柱塞单元和离开所述柱塞单元时由管引导件引导。所述管由具有弹力回缩性、耐化学腐蚀性以及回弹性的材料制成。在所述柱塞单元的第二位置，流体由于重力而流过所述管。所述控制器被定义为计时器。所述柱塞单元的末端按压位于所述管的位于末端正下方的部分。根据本发明，所述主储罐的位置是可改变的。

附图的简要说明

根据以下结合附图的描述，本发明的目的和优点将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的优选实施例的控制流体分配的装置的前视图；

图2是图1的控制流体分配的装置的柱塞单元的放大前视图；

图2A示出了图1的控制流体分配的装置的爆炸图；

图3示出了图1的柱塞单元的柱塞的第一位置；

图3A示出了图1的柱塞单元的柱塞的第二位置；

图3B示出了流程图，其示出了图1的控制流体分配的装置的控制器的操作步骤；

图3C是示出在不同持续时间分配的液体的曲线图；

图3D是示出不同喷嘴在不同持续时间分配的液体的曲线图；

图4示出了图1的用于控制流体排出的装置100的第一实施例；

图5示出了图1的用于控制流体排出的装置100的第二实施例；以及

图6示出了图1的用于控制流体排出的装置100的第三实施例。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，本文使用具体的示例性细节进行描述。然而，本领域技术人员可以在不使用这些具体细节的情况下实施所公开的本发明。

说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指代同一实施例。

说明书中对“优选实施例”的引用意味着详细描述了特定特征、结构、特性或功能，从而为了清楚描述本发明而省略了已知的结构和功能。

本发明参考附图进行说明，在所有附图中，附图标记表示各个附图中的相应部分。

参考图1，描述了一种控制流体分配的装置100。控制流体分配的装置100(以下简称为“装置”)包括主储罐105、管110、控制器115、柱塞单元120、针单元125和小瓶130。根据本发明，主储罐105优选地位于柱塞单元120上方。

主储罐105存储有流体，例如水、油或自由流动/非自由流动溶液等。存储在主储罐105中的流体由于重力而流过管110。然而，应注意，如果是非自由流动流体，则需要根据现有技术中已知的方法对主储罐105进行密封和加压，以使非自由流动流体流过管110。

管110的第一端连接到主储罐105的底部107，管110的第二端连接到针单元125。根据本发明，管110有利地穿过柱塞单元120。管110在进入柱塞单元120和离开柱塞单元120时由管引导件引导。

在本实施例中，管110本质上具有弹力回缩性，并且优选地由具有回弹性且相对耐化学腐蚀的塑料或橡胶制成，诸如特氟隆管、硅树脂管等。然而，应当注意，在本发明的其他实施例中，管110由本领域已知的其他材料制成。根据本发明，流体由于重力而流过管110。

针单元125包括适配器135和针140。针140的一端容纳在适配器135中，另一端容纳在小瓶130中。针单元125是可拆卸的，并可更换为具有不同针的大致相同的针单元。根据小瓶130中的分配要求来选择针单元125。针125将从管110接收的流体转移到小瓶130。

在本实施例中，与柱塞单元120连接的控制器115控制柱塞单元120的操作。在其他实施例中，控制器115由微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)限定。控制器115控制柱塞单元120。控制器115优选地被配置为根据用户设置的计时器来操作柱塞单元以分配液体。在一个实施例中，控制器由定时器或定时器电路定义。

现在参考图1、图2和图2A，对装置100的柱塞单元120进行描述。柱塞单元120包括电磁体205、支架210、柱塞215、弹簧220、凸缘225、末端230和板235。管110可容纳在柱塞单元120的底端部分中。支架210有利地牢固地固定电磁体205。

柱塞单元120还包括一对相对的管引导件240。第一管引导件240位于第一端上，管110从该第一端进入柱塞单元120。第二管引导件240位于第二端上，管110从该第二端离开柱塞单元120。末端230在弹簧220的作用下定位，使得在正常状态下，管110的位于末端230正下方的部分受到末端230的按压。

根据本发明，电磁体205与装置100的支架210固定。柱塞215可在电磁体205中沿X轴往复移动。弹簧220位于柱塞215上，使得弹簧220位于凸缘225和柱塞215的底端部分之间。

参考图3-图3A，示出了控制流体分配的装置100的柱塞单元120的柱塞215的第一位置A和第二位置B。柱塞215处于第一位置A，并且柱塞215由控制器115通过激活电磁体205而移位到第二位置B。为了到达第二位置B，柱塞215的末端230沿箭头“C”所示的方向移动。该移动是通过激活电磁体205实现的，电磁体205拉动柱塞215和末端230，从而释放管110上的预定压力。

为了将柱塞215从第一位置A移动到第二位置B，控制器115激活电磁体205，使得电磁体205产生抵抗弹簧225的力。因此，柱塞215和末端230通过该力缩回，从而释放由末端230施加在管110上的预定力。柱塞215和末端230被拉向箭头“C”所示的方向。

现在，在柱塞215的第二位置B，管110的受压部分的形状得到恢复。然而，应当理解，即使在频繁操作柱塞215之后，管仍保持弹力回缩性。当柱塞215从第一位置A往复运动到第二位置B时，管110的受压部分被释放，并且预定量的液体通过管110流到针单元125。由针140分配流体，直到柱塞215处于第二位置B。

在分配所需量的流体之后，柱塞215沿箭头“D”所示的方向往复运动回到第一位置A。控制器115停止向电磁体205发送信号和电流，并且弹簧220返回到其原始位置。当到达柱塞215的第一位置A时，末端230按压管110的位于末端230正下方的部分，流体在管110中的流动被阻挡，最终没有流体从针140分配到小瓶130中。

随着流体被分配出去并且小瓶130被装满，主储罐105中的流体的液位略有降低。应当理解，为了保持精确的流体分配量，有必要在主储罐105中保持恒定的流体液位。

图3B示出了流程图，其示出了根据本发明的控制器分配流体的操作中涉及的步骤。在第一步骤10中，启动控制器。在第二步骤20中，用户给出分配时间作为控制器的输入，例如，以秒或微秒为单位的时间。输入由用户通过任意输入装置(如键盘或触摸屏等)提供给控制器。在下一步骤30中，由用户输入周期的计数。例如，如果计数为5，则控制器根据第二步骤在给定的时间量内执行5次向相应小瓶中分配液体的事件。一个分配周期可以涉及一个或多个向相应小瓶中分配液体的事件。在下一步骤40中，控制器将参考计数C设置为零。

在下一步骤50中，控制器根据第二步骤中的用户输入，将电磁体205激活预定的时间量。在该步骤中，直到电磁体205被激活，即柱塞215处于第二位置时，液体被分配到小瓶中。在接下来的步骤60和70中，检查分配计数器，并且相应地，控制转到前一步骤，直到实现分配事件数量的计数。在下一步骤80中，电磁体205在分配周期结束之后被停用。

现在参考图1-图3B，对控制流体分配的装置100的操作流程进行描述。在操作中，装置100的用户将装置100的主储罐105中的流体保持在适当的液位。装置100最好位于柱塞的第一位置。在第一位置，控制器115不供电，且不向电磁体205发送信号。用户在分配周期中输入分配时间和分配事件数量。

在第一位置A，弹簧220上的拉力被释放，使得柱塞215的末端230沿着X轴被推向引导件225。同时，在第一位置A，柱塞215通过弹簧力沿着X轴的长度与末端230一起被拉向管110。柱塞215的末端230将两个管引导件240之间的管110推向板235，以阻止流体流过管110。板235承受通过柱塞215施加的力，以阻止流体流过管110。

装置100通过将柱塞215从柱塞215的第一位置A移动到第二位置B来分配流体。在第一位置A，控制器115激活电磁体205，其中电磁体205感应电流。电磁体205拉动柱塞215的末端230，从而在弹簧220中产生拉力，使得柱塞215的末端230沿箭头C所示的方向被拉动。

柱塞215从第一位置A到第二位置B的移动释放管110内的流体。在第二位置B，管110的受压部分被释放，并且预定量的液体通过管110流到针单元125。由针140分配流体，直到柱塞215处于第二位置B。

在分配所需量的流体之后，控制器115停止向电磁体205发送信号。弹簧220被弹回，柱塞215的末端230按压管110的位于末端230下方的部分。柱塞215返回到第一位置A，流体在管110中的流动被阻挡，最终没有流体从针140分配到小瓶130中。

在本发明的优选实施例中，由装置100分配的流体量取决于柱塞215处于第二位置B的时间量。因此，控制器115控制并致动电磁体205以根据从用户接收的输入来控制分配的流体量。

例如，使用本发明的控制流体分配的装置100执行的分配周期。本发明的优选实施例发现了以下结果。因此，控制器被配置为设置一个最小刻度为0.01秒的10秒计时器，以设置打开管110以将液体释放到延伸到小瓶130的针单元125的时间。使用最小刻度为0.01克的50克称重天平来称量从针单元125中分配出的流体量。在该实施例中，使用100μL和2mL容量的两种类型的离心管来收集分配的流体。使用单针并记录一组30个读数。观察结果如下。(参见表1和图3C)。

表1：在不同持续时间下的分配量

在另一个操作周期中，使用多种针。因此，使用不同的时间设置记录五个不同的分配流体读数。将读数制成表格，并绘制曲线图。

测量使用10个不同喷嘴直径在不同计时器持续时间下分配的流体量(参见图3D)。观察到5次重复保持重复准确度。还观察到，对于所有喷嘴直径，计时器持续时间和分配量之间均保持线性关系。

在本发明的另一个实施例中，装置100的柱塞单元120可由其他往复单元替换，例如气压缸、液压缸、偏心机械装置等。

如图4所示，下文描述了用于控制流体排出的装置100的第一实施例400。在该一个实施例中，装置400具有储罐405、马达410、管415和浮子420。储罐405相对于主储罐105具有更大的流体存储容量。储罐405沿X轴位于马达410下方。储罐405与马达410连接。

在本实施例中，马达410优选为泵马达，然而，在本发明的其他实施例中，马达的类型可能会有所不同。马达410通过管415与主储罐105连接。浮子420位于主储罐105内的预定位置并与控制器115连接。

浮子420被配置为感测主储罐105内流体的液位。如果主储罐105中的流体液位低于预定液位，则浮子420向控制器115发送信号。控制器115在接收到来自浮子420的信号时激活马达410。马达410通过管415将流体从储罐405泵送到主储罐105，从而保持主储罐105中的预定液位。一旦主储罐105中的流体液位处于预定液位，浮子420就向控制器115发送信号。此外，控制器115向马达410发送信号以停止流体的流动。

如图5所示，下文描述了用于控制流体排出的装置100的第二实施例500。在这一实施例中，装置500包括第二储罐505、浮子510、阀515和第二管520。第二储罐505有利地沿Y轴位于主储罐105上方。阀515通过原动机操作，以允许和阻止流体流过第二管520。

第二管520的一端与第二储罐505的底部连接，第二管520的另一端与阀515连接。浮子510优选地通过有线介质与控制器115连接。浮子510具有在Y轴上沿着浮子510的长度滑动的圆盘磁体(未示出)。控制器115还与阀515连接。浮子510感测主储罐105中的流体液位并向控制器115发送信号。

当流体液位低于预定的流体液位时，浮子510相应地向控制器115发送信号。此外，控制器115打开阀515，通过第二管520向主储罐105内导入流体。浮子510感测流体的液位，如果流体的液位达到预定的流体液位，则通知控制器115。控制器115关闭阀515，停止流体流向主储罐105。

如图6所示，描述了用于控制流体排出的装置100的第三实施例600。在该实施例中，装置600包括第三储罐605、马达610、第三管615和第四管620。第三储罐605位于柱塞单元120下方。马达610位于第三罐储605上。马达610优选为泵马达，然而，在本发明的其他实施例中，马达的类型可能会有所不同。第四管620的直径是第三管615的直径的两倍。

马达610通过有线介质与控制器115连接。第三管615的一端与马达610连接，第三管615的另一端与主储罐105连接。在本实施例中，主储罐105在预定位置处具有狭缝625。第四管620的一端连接狭缝625，第四管620的另一端连接第三储罐605。

控制器115激活马达610以通过第三管615将流体从第三储罐605泵送到主储罐105。马达610将流体从第三储罐605连续泵送到主储罐105中。流体充满主储罐105后流到狭缝625，多余的流体从狭缝排出并通过第四管620流回到第三储罐605。

控制流体分配的装置100有利地通过对各种部件进行适当设计，能够以纳升至毫升/多升的倍数分配流体。用于控制流体排出的装置100有利地根据用户设定的用户要求分配精确的流体量。即使在管110频繁收缩和/或膨胀之后，从针140分配的流体量的准确性也有利地得以保持。除了准确性和精确性之外，装置100还保持了向小瓶135中分配液体的可重复性。

以上对本发明具体实施例的描述是出于解释和说明的目的。它们并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然根据上述教导，可能存在多种修改和变化。

选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明和根据设想的特定用途进行各种修改的实施例。

应当理解，根据情况可能建议或为提供方便，考虑了各种省略和等同物的替换，但是这些旨在覆盖应用或实施而不脱离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种控制流体分配的装置100，用于重复分配预定量的液体，包括：

主储罐105，所述主储罐105内部存储有可流过管110的流体，内含流体的所述主储罐105位于柱塞单元120上方；

所述管110，所述管110穿过所述柱塞单元120的底端，且用于接收来自所述主储罐105的流体；

控制器115，被配置为通过激活所述柱塞单元120的电磁体205来在多个重复分配流体的分配周期内分配所述流体；

可移除且可更换的针单元125，用于将从所述管110接收的所述预定量的流体转移到小瓶130；以及

所述柱塞单元120的柱塞215，其可从第一位置往复移动到第二位置，反之亦然，其中在所述第一位置，所述管110中的液体流被阻挡，而在第二位置，液体流被释放到所述针单元125。

2.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述柱塞单元120包括所述电磁体205、所述柱塞215、弹簧220、凸缘225、末端230和板235。

3.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述柱塞单元120能够通过所述电磁体205往复移动，所述电磁体205包括定位在所述柱塞215上的所述弹簧220，以将所述柱塞215定位在所述第一位置。

4.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述主储罐105被密封和加压，以限定非自由流过所述管110的流体流。

5.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述管110的第一端连接到所述主储罐105的底部107，所述管110的第二端连接到所述针单元125。

6.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述管110通过穿过所述柱塞单元120来定位。

7.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述管110在进入所述柱塞单元120和离开所述柱塞单元120时由管引导件引导。

8.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述管110由具有弹力回缩性、耐化学腐蚀性以及回弹性的材料制成。

9.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，在所述柱塞单元120的所述第二位置，所述流体由于重力而流过所述管110。

10.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述控制器115被定义为计时器。

11.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述柱塞单元120的所述末端230按压所述管110的位于所述末端230正下方的部分。

12.根据权利要求1所述的控制流体分配的装置100，其中，所述主储罐105的位置是可改变的。