CN209477306U - 一种液体流量控制系统及打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液体流量控制系统及打印设备，涉及打印机构件及控制技术领域。液体流量控制系统包括：容器，其内具有容纳液体的腔室，所述容器的上部设有与所述腔室连通的气口，其下部设有浸没于液体内的出液口；全部/部分浸没在所述液体中的浮筒，浮筒的底端与所述腔室的底面存在可供液体流通的间隙；设置于所述腔室内的压力传感器，其检测端被所述浮筒的上端顶住，检测所述浮筒在所述液体中的浮力；气控系统，其提供控制气压的输出端与所述容器的气口连通，调控所述腔室内的气压值；所述气控系统、所述压力传感器和预设压力值共同构成所述容器中腔室的压力闭环控制，保障容器内的液体始终以恒定的压力，进而稳定液体流量。

Description

一种液体流量控制系统及打印设备

技术领域

本实用新型属于打印机构件及控制技术领域，尤其涉及一种液体流量控制系统及打印设备。

背景技术

随着印刷电子技术的不断进步，以液态金属为代表的导电流体应运而生，使得打印导线制作液态金属柔性电子电路成为了可能，不仅变革了以往传统的PCB硬制电子电路制造模式，还极大地降低了电子电路制造时间和成本。液态金属打印技术在柔性电路、PCB印制电路板、天线等电子器件的快速制造上有着得天独厚的优势，具有十分广阔的应用前景。

目前的液态金属打印机的出墨控制主要是利用液态金属的自重与负压结合的方式实现对出墨量的控制，开始时由于墨水高度为初始状态，在负压的作用下保持预定的出墨量，但随着墨水减小，墨水腔内的负压值将不断增大，使墨盒的出墨量无法继续维持期望状态，导致出墨量降低甚至发生断墨问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的一个目的是提出一种液体流量控制系统,以解决现有技术中打印设备中无法达到稳定出墨的问题。

在一些说明性实施例中，所述液体流量控制系统，包括：容器，其内具有容纳液体的腔室，所述容器的上部设有与所述腔室连通的气口，其下部设有浸没于液体内的出液口；全部/部分浸没在所述液体中的浮筒，浮筒的底端与所述腔室的底面存在可供液体流通的间隙；设置于所述腔室内的压力传感器，其检测端被所述浮筒的上端顶住，检测所述浮筒在所述液体中的浮力；气控系统，其提供控制气压的输出端与所述容器的气口连通，调控所述腔室内的气压值；所述气控系统、所述压力传感器和预设压力值共同构成所述容器中腔室的压力闭环控制。

在一些可选地实施例中，所述压力传感器固定于所述腔室的顶部，位于所述液体的液面之上。

在一些可选地实施例中，所述容器的上部设有安装口；所述压力传感器通过所述安装口固定于所述腔室的顶部。

在一些可选地实施例中，所述液体流量控制系统，还包括：套设在所述浮筒外的限位结构，防止所述浮筒的上端与所述压力传感器的检测端之间错位偏离；所述限位结构与所述腔室固定连接。

在一些可选地实施例中，所述限位结构为与所述浮筒形状相应的筒状结构。

在一些可选地实施例中，所述限位结构带有镂空。

在一些可选地实施例中，所述容器上设有注液口。

在一些可选地实施例中，所述气控系统，包括：气体管路；负压部件，通过第一电磁阀与所述气体管路连通；正压部件，通过第二电磁阀与所述气体管路连通；所述气体管路的一端作为所述气控系统对外输出控制气压的输出端，连接在所述容器的气口上。

在一些可选地实施例中，所述气口上设有透气薄膜。

本实用新型提出了一种液体流量控制系统，该液体流量控制系统中浮筒置于容器内的液体中，由液体提供浮筒向上的浮力，再由浮筒上方的压力传感器获取该浮力，并且由于浮筒在容器中的位置固定，压力传感器检测到的压力值可转换为浮筒底端的水平位置上的液体压力，随着液体液位的不断降低，浮筒底端的液体压力会相应降低，此时通过气控系统对于腔室内的气压进行调节，使浮筒底端的液体压力始终维持在预设压力值，从而可以保障容器内的液体始终以恒定的压力，进而稳定液体流量。

在另一方面，本实用新型的另一个目的在于提供一种打印设备，以解决现有技术中的墨盒无法做到稳定出墨的问题。

在一些说明性实施例中，所述打印设备，包括上述任一项所述的液体流量控制系统，对该打印设备的所采用的墨水的出墨流量进行控制；以及，还包括：打印头，连接在所述出墨流量控制系统中容器的出液口上。

本实用新型提出了一种打印设备，该打印设备采用上述液体流量控制系统对其出墨进行稳定作用，使打印头笔尖处的墨水压力始终维持恒定，从而保证笔尖处的墨水出墨量的稳定。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的液体流量控制系统的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例中的容器的结构示意图一(侧视)；

图3为本实用新型实施例中的容器的结构示意图二；

图4为本实用新型实施例中的容器的结构示意图三；

图5为本实用新型实施例中的容器的结构示意图四；

图6为本实用新型实施例中的容器的结构示意图五；

图7为本实用新型实施例中的限位结构的结构示意图；

图8为本实用新型实施例中的容器的结构示意图六；

图9为本实用新型实施例中的容器的结构示意图七；

图10为本实用新型实施例中的气控系统的结构示意图；

图11为本实用新型实施例中的打印设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本实用新型实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本实用新型实施例提供了液体流量控制系统，具体地，如图1-9，图1为本实用新型实施例中的液体流量控制系统的结构示意图一；图2为本实用新型实施例中的容器的结构示意图一(侧视)；图3为本实用新型实施例中的容器的结构示意图二；图4为本实用新型实施例中的容器的结构示意图三；图5为本实用新型实施例中的容器的结构示意图四；图6为本实用新型实施例中的容器的结构示意图五；图7为本实用新型实施例中的限位结构的结构示意图；图8为本实用新型实施例中的容器的结构示意图六；图9为本实用新型实施例中的容器的结构示意图七。液体流量控制系统包括：容器100、气控系统200、容纳在容器100内的液体300、压力传感器400和浮筒500；容器100内部具有腔室101，墨水300收纳在腔室101内，容器100的上部设有与腔室101连通的气口102，容器100的下部设有与腔室101连通的出液口103；其中，气口102位于墨水300的液位之上，出液口103则位于墨水300的液位之下。气压传感器200提供控制气压的输出端与容器100的气口102连通，通过气口102调控容器100的腔室101内的气压值。压力传感器400设置于容器100的腔室101内，固定在腔室101的上部。浮筒500设置于容器100的腔室101内，全部/部分浸没在墨水300中，浮筒500的上端抵在压力传感器400的检测端，浮筒500的底端与容器100的腔室101的底面之间存在间隙，该间隙至少可以提供液体400通过，从而使液体400可完全提供对浮筒500的浮力。气控系统200、压力传感器400和预设压力值三者共同构成容器100的腔室101的压力闭环控制。

需要说明的是，由于浮筒500的上端抵在压力传感器400的检测端，因此，浮筒500在容器100内的位置固定，浮筒500底端面所在位置与笔容器100的腔室101的底面之间的距离恒定。

该实施例中的以压力传感器400检测到的浮筒500由于浮力作用传导至压力传感器400检测端的压力值作为气控系统200的控制目标，使该压力值始终等于预设压力值,或者是等同于预设压力值的变形转换。其中，“等同”是指等于预设压力值的特定转换。例如：预设压力值设定为浮筒500底端受到的目标液体浮力值(即浮筒500底端的水平位置上的液体压力)，在该情况下，压力传感器400的检测值等于目标液体浮力值加上浮筒的重力。优选地，预设压力值设定为压力传感器400的目标压力值。预设压力值为设计人员经过试验验证，在容器100保持良好的出墨效果时，压力传感器400检测到的浮筒500的浮力。

具体的，当容器100的腔室101中的墨水300逐步通过出液口排出时，腔室101内的墨水300的液位随之降低，导致浮筒500受到的浮力降低，压力传感器400的检测值随之降低，由于容器100内的液体压力受到容器100内气压的影响，此时通过驱动气控系统200对腔室101内的气压值进行调控，使容器100内的液体压力产生变化，进而达到压力传感器400的检测值恢复至预设压力值的效果。

本实用新型实施例中公式计算及转换中，涉及如下参数：压力传感器400的检测值F压、浮筒的重力mg、浮筒底端受到的液体压力F浮、浮筒底端的面积S、浮筒底端位置的液体压强P浮、出液口位置处的液体压强P出液口、ρ为液体的密度，g为重力加速度，h为浮筒底端面所在位置与出液口的高度差。

即有：

F压+mg＝F浮；

F浮＝P浮*S；

以上两组公式经过转换后，可得：

P浮＝(F压+mg)/S；

其中，mg和S均为恒定值，而F压在气控系统的调控下稳定在预设压力，因此P浮也处于稳定状态。

由以上所述可知，经过驱动气控系统200对腔室101内的气压值进行调控，使压力传感器400的检测值恢复至预设压力值，可以使得容器100的腔室101内的墨水300中特定位置(如浮筒500底端)的液体压强始终恒定，进而使得墨水300中的任意点位(包括出液口103)的压强恒定，进而使得液体的流量/出液速度始终保持较好的稳定状态。

例如：需要维持容器100的出液口103位置的液体压强(液体压力)恒定，即有：

P出液口＝P浮+ρgh；

其中，ρ为液态金属墨水的密度为恒定值，g为重力加速度为恒定值，h为浮筒底端面所在位置与笔尖的高度差，由于浮筒在容器100内的位置固定，因此浮筒底端面所在位置与笔尖的高度差也是恒定，再有通过上述分析可知，P浮被调控值稳定状态，因此P出液口也被维持在始终恒定的状态，进而可以是液体的流量/出液速度始终保持较好的稳定状态。

在一些实施例中，初始状态下，浮筒500可以刚好全部没入液体300中，在液体300的不断流出的过程中，液体液位随之不断下降，此时浮筒500浸没于液体300中的区域不断减少。在另一些实施例中，初始状态下，浮筒500也可以设置为部分没入液体300中，同样可以得到本实用新型实施例所要得到的效果。

在一些实施例中，浮筒500可以采用密度小于液体300密度的任何材料。或者，浮筒500采用密度大于液体300密度的材料时，浮筒500采用空心结构。

如图3-6，在一些实施例中，容器100的上部设有安装口104；压力传感器400的输出端通过该安装口104与气控系统200电连接；其中，安装口104通过输出端的管线密封，或者额外利用密封件进行密封。密封件可采用市面上的各种密封材料和结构，如密封胶、密封圈等。

在另一些实施例中，容器100的上部的安装口104用于安装压力传感器400，使压力传感器400通过所述安装口104固定于所述腔室101的顶部，压力传感器400的检测端竖直朝下。其中，安装孔104与压力传感器400之间可以采用密封材料和/或密封结构。

在一些实施例中，可通过在容器100的腔室101内设置无线通信模块，无线通信模块采集压力传感器400获取到的检测值，并通过无线信号传递至气控系统200。

优选地，安装口104的边缘具有向腔室101内延伸形成的筒状结构，该筒状结构中心形成的空间与压力传感器400的形状一致，且该筒状结构的底端具有向中心水平延伸形成的卡台105。压力传感器400可自容器100的外部通过安装口104放置于卡台105，其上设有固定件110(如固定塞)。

如图6-7，在一些实施例中，所述液体流量控制系统，还包括：套设在所述浮筒500外的限位结构501，防止所述浮筒的上端与所述压力传感器的检测端之间错位偏离；所述限位结构501与所述腔室101固定连接。其中，限位结构501可以与腔室101的任何一面/多面形成固定，如顶部、底面和侧面。

在一些实施例中，所述限位结构501为与所述浮筒500形状相应的筒状结构，可以均匀的保持浮筒500在限位结构501中的结构，防止浮筒500的偏移。限位结构501与浮筒500之间存在可提供液体通过的间隙。优选地，所述限位结构带有镂空，从而防止浮筒500的上部形成独立的气腔空间，影响检测值。

如图8，在一些实施例中，所述容器100上设有注液口106，便于液体在容器100内的灌装。(在没有注液口的实施例中，亦可以通过出液口自下而上完成液体灌装，并且对于易于空气发生反应的液体(如液态金属)而言，不会导致液体中出现过多反应物，而只是在墨水的最高液面上形成薄薄的一层氧化膜(如氧化镓)，由于氧化膜的形成，阻止了更多的液体在灌墨时与空气接触。

在一些实施例中，所述气口102上设有包覆气口的透气薄膜107，以防止液体通过气口向外溢出、或流入气控管路、或灌液时外界杂质进入腔室内部。

如图9，在一些实施例中，容器100整体可以由上壳体108和下壳体109拼接而成，从而便于浮筒500的放置。优选地，上壳体108为盖体，气口102、安装口104可以开设在上壳体108上，且上壳体108位于液体的最高液位之上。在一些其他实施例中，浮筒500和传感器400均可以通过安装口104实现装配。

如图10，在一些实施例中，所述气控系统200，包括：气体管路201；负压部件202，通过第一电磁阀204与所述气体管路201连通；正压部件203，通过第二电磁阀205与所述气体管路201连通；所述气体管路201的一端作为所述气控系统200对外输出控制气压的输出端，连接在所述容器100的气口102上。

其中，负压部件202可采用负压气泵，正压部件204可采用节流消声器。

在一些实施例中，气控系统200还可包括连通气体管路201的稳压腔206，用以防止气压控制系统200、以及与气压控制系统200连通的墨水保存容器中产生气流扰动，启动缓冲的作用。

本实用新型实施例中的气压控制系统200除上述结构外，还可以采用现有技术中其它可实现增加或降低负压的系统结构，例如通过负压气泵和正压气泵配合达到该效果。

本实用新型提出了一种液体流量控制系统，该液体流量控制系统中浮筒置于容器内的液体中，由液体提供浮筒向上的浮力，再由浮筒上方的压力传感器获取该浮力，并且由于浮筒在容器中的位置固定，压力传感器检测到的浮力值可转换为浮筒底端的水平位置上的液体压力，随着液体液位的不断降低，浮筒底端的液体压力会相应降低，此时通过气控系统对于腔室内的气压进行调节，使浮筒底端的液体压力始终维持在预设压力值，从而可以保障容器内的液体始终以恒定的压力，进而稳定液体流量。

如图11，本实用新型的另一个目的在于提供一种打印设备，该打印设备，包括上述任一项所述的液体流量控制系统，对该打印设备的所采用的墨水的出墨流量进行控制；以及，还包括：打印头600，连接在所述出墨流量控制系统中容器的出液口上。

本实用新型提出了一种打印设备，该打印设备采用上述液体流量控制系统对其出墨进行稳定作用，使打印头笔尖处的墨水压力始终维持恒定，从而保证笔尖处的墨水出墨量的稳定。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种液体流量控制系统，其特征在于，包括：

容器，其内具有容纳液体的腔室，所述容器的上部设有与所述腔室连通的气口，其下部设有浸没于液体内的出液口；

全部/部分浸没在所述液体中的浮筒，浮筒的底端与所述腔室的底面存在可供液体流通的间隙；

设置于所述腔室内的压力传感器，其检测端被所述浮筒的上端顶住，检测所述浮筒在所述液体中的浮力；

气控系统，其提供控制气压的输出端与所述容器的气口连通，调控所述腔室内的气压值；

所述气控系统、所述压力传感器和预设压力值共同构成所述容器中腔室的压力闭环控制。

2.根据权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述压力传感器固定于所述腔室的顶部，位于所述液体的液面之上。

3.根据权利要求2所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述容器的上部设有安装口；

所述压力传感器通过所述安装口固定于所述腔室的顶部。

4.根据权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，还包括：套设在所述浮筒外的限位结构，防止所述浮筒的上端与所述压力传感器的检测端之间错位偏离；

所述限位结构与所述腔室固定连接。

5.根据权利要求4所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述限位结构为与所述浮筒形状相应的筒状结构。

6.根据权利要求5所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述限位结构带有镂空。

7.根据权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述容器上设有注液口。

8.根据权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述气控系统，包括：

气体管路；

负压部件，通过第一电磁阀与所述气体管路连通；

正压部件，通过第二电磁阀与所述气体管路连通；

所述气体管路的一端作为所述气控系统对外输出控制气压的输出端，连接在所述容器的气口上。

9.根据权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述气口上设有透气薄膜。

10.一种打印设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的液体流量控制系统，对该打印设备的所采用的墨水的出墨流量进行控制；

还包括：

打印头，连接在所述出墨流量控制系统中容器的出液口上。