UA111469C2 - Дозувальний насос з регулятором ходу поршня - Google Patents

Abstract

Даний винахід належить до галузі дозувальних насосів з електромеханічним приводом. Відповідно до винаходу дозувальний насос з поршнем (3) містить: електромагніт (1), обладнаний нерухомою частиною, яка містить обмотку, і рухливою тарілкою (2), що закріплена відносно зазначеного поршня (3), та електронну плату з мікроконтролером, яка з'єднана з електромагнітом (1). Для контролю хода поршня (3), електронна плата з мікроконтролером виконана з можливістю детектування в реальному часі положення поршня (3) шляхом контролю змін значень імпедансу (Z) електромагніта (1), викликаних змінами індуктивності; де Z=V/I при постійній напрузі (V=constant), а формула, що виражає зміну струму для вказаного імпедансу, за допомогою якої можна представити еквівалентну електричну схему електромагніта (1), має наступний вигляд: і (t)=(V/R)*[1-е-(R/L)t], де R є активним опором обмотки; L є індуктивністю електромагніта (1), яка змінюється у часі при переміщенні тарілки (2) і, відповідно, поршня (3), закріпленого на зазначеній тарілці (2); V є прикладеною постійною напругою, е є числом Непера, рівне 2,7182.

Description

Даний винахід відноситься, по суті, до галузі дозуючих насосів з електромеханічним приводом, призначених для дозування рідин.

Подібні дозуючі насоси використовують для дозування різного роду добавок шляхом регулювання обсягу рідини, що перекачується, за кожен цикл. Дані пристрої знайшли широке застосування в різних галузях промисловості, а також у побуті. Наприклад, дозуючі насоси використовують для очищення питної води, в громадських і приватних басейнах, в обладнанні для миття автомобілів, в пральнях, в гальванічному обладнанні, в хімічній промисловості, в баштових охолоджувачах, при удобрювальному зрошенні, в агрохарчовій промисловості і в різних інших сферах.

Розглянемо більш докладно принцип роботи типового дозуючого насосу. У зазначених насосах дозування відбувається за рахунок імпульсного переміщення механічного елементу, що має назву «мембрана» і розташованого в так званому корпусі насосу. Зазначена мембрана, яку штовхає поршень, переміщує рідину, що дозується в спеціально передбачений нагнітальний канал в корпусі насоса. Потім рідина, що дозується потрапляє в оброблювану систему, долаючи протитиск в трубопроводі, в який її впорскують.

Таким чином, ключовим елементом, що забезпечує зусилля, необхідне для ефективного переміщування рідин, що дозуються і оброблюються, є поршень. Він являє собою елемент, що переміщає мембрану, яка всмоктує рідину в корпус насоса з вхідної труби і забезпечує впорскування її в нагнітальну трубу в циклічному режимі.

Зазначений поршень приводиться в дію електромагнітом, який, відповідно, є основним компонентом насоса. Електромагніт складається з нерухомої частини, в якій розміщена обмотка, і рухомої частини, що називається «тарілка» і закріпленої на поршні.

Слід зазначити, що вказана тарілка, по суті, є елементом для замикання магнітного потоку електромагніту, причому зазначений потік забезпечує повернення тарілки до нерухомої частини електромагніту, таким чином, забезпечуючи її переміщення.

Іншими словами, електромагніт забезпечує можливість перетворення електричної енергії в механічну для здійснення роботи і руху рідини.

Отже, електричні і механічні характеристики дозуючого насоса залежать від конструкції, способу включення і контролю зазначеного електромагніту. При цьому електронна плата, що

Зо передбачена в насосі, забезпечує тільки лише подачу живлення на електромагніт і оптимальне керування подачею електричної енергії на електромагніт.

Таким чином, очевидно, що чим краще здійснюється вказаний контроль, тим вище ККД дозуючого насоса. Це дуже важливий коефіцієнт, оскільки після початку процесу дозування в оброблювальній системі зазначене дозування необхідно виконувати безперервно і з мінімальним споживанням електроенергії.

У деяких випадках потрібен дозуючий насос для подачі невеликих об'ємів рідини при кожному впорскуванні. В результаті, для того щоб виконати дозування обсягу, необхідного для обробки слід провести велику кількість вприскуванням. Домогтися цього можна за рахунок регулювання ходу поршня, причому при заданих однакових уприскуванням шляхом вказаного регулювання вдається забезпечити належне дозування об'єму рідини. Отже, запропонований винахід відноситься до області замкнутих систем регулювання, в яких вхідна змінна (в даному винаході ця змінна є струмом, що подається на електромагніт) регулюється системою за допомогою зворотного зв'язку на основі контролю відповідних фізичних величин, які можна узгодити з контрольованою змінною, тобто з об'ємом упорскування.

Досягнення в галузі дозуючих насосів були пов'язані з розвитком області електромагнітів, а також з дослідженнями та вивченням різних систем контролю і регулювання. Метою зазначених досліджень було усунення наступних недоліків: - втрати енергії, пов'язані з тим, що раніше на електромагніт подавався імпульс напруги постійної тривалості незалежно від зусилля, необхідного для подолання протитиску в системі.

По суті, втрати енергії тим більше, чим менше тиск в системі з рідиною, що оброблюється і, відповідно, чим менше зусилля, необхідне для подолання зазначеного протитиску; - надмірний нагрів обладнання і, зокрема, електромагніту внаслідок того, що раніше не передбачався контроль енергії, що подається в залежності від подоланої сили, як описано в попередньому абзаці; при цьому відбувається зниження продуктивності через збільшення опору обмотки при середньому-тривалому часу роботи; - обмежений термін служби через середньої-високої робочої температури електронних компонентів і електромагніту, - необхідність наявності механічного пристрою для калібрування ходу поршня з метою отримання заданої продуктивності насоса, що вимагає установки в електромагніті 60 регулювальних шайб;

- необхідність наявності механічних систем для регулювання ходу поршня, що обмежують хід поршня лише механічно і, отже, забезпечують зменшення уприскування без пропорційного зниження електричної енергії, яка подається на електромагніт; в результаті, рівень споживання енергії не змінюється навіть при мінімальній подачі речовини при однакових уприскуваннях.

Такого роду пристрої відрізняється невисоким ККД.

З документа 5 20090206184 відома система уприскування палива в камеру згоряння з контролем паливного інжектора за рахунок використання датчика, який реєструє переміщення рухомого поршня, що ковзає у допоміжному каналі та виконаний окремо від голчастого клапана.

Призначення зазначеної системи полягає у відстеженні і обробці сигналу переміщення допоміжного поршня для контролю роботи зазначеного інжектора в разі виникнення будь-яких несправностей (блокування в положенні «включено» або «вимкнено»), у випадках порушення геометричних розмірів форсунок, інжектора або камери, а також у випадках, коли необхідно змінити форму імпульсу впорскування палива. Згідно з технічним рішенням, що розкрите в документі 05 20090206184, переміщення поршня залежить від різниці тисків на його кінцях; на верхній кінець діє тиск подачі палива, створюване перед системою впорскування, а на нижній кінець діє тиск в «передін'єкційній» камері, обсяг якої залежить від відповідних геометричних розмірів. Очевидно, що зазначена різниця тисків залежить від тиску подачі палива, частоти подачі та стану інжектора. По суті, можливі три різні стани інжектора, а саме закритий («вимкнений»), проміжний стан («блокування») і відкритий («включений»), що визначають відповідно наступні ситуації: «вимкнений»: форсунки закриті голчастим клапаном, «передін'єкційна» камера сполучається з каналами подачі, при цьому на кінці рухомого поршня діє один і той же тиск; «блокування», форсунки і раніше закриті, канали подачі геометрично закриті, при цьому «передін'єкційна» камера відділена від каналів подачі; «включено»: прохід до форсунок відкритий, «передін'єкційна» камера не сполучається з каналами подачі, при цьому рухливий поршень переміщується вниз під дією негативного тиску, створюваного при відкритті отворів форсунок.

Запропонований винахід має ряд істотних відмінностей від системи уприскування, описаної в документі 5 2009206184, в якій, незалежно від типу інжектора або контролю, що

Зо використовується, паливний насос повністю відокремлений від інжектора. По суті, в запропонованому винаході роботою насосу і уприскуванням управляє один і той же пристрій, що містить електромагніт з контрольованим включенням, поршень і мембрану. Зазначена мембрана видавлює рідину в канал, відкриття/закриття якого забезпечують спеціальні клапани, що працюють виключно при гідродинамічному впливі.

Крім того, в документі 05 2009206184 описаний пристрій керування, що містить допоміжний поршень, встановлений з можливістю переміщення при зміні умов уприскування. Переміщення зазначеного поршня реєструються спеціальним датчиком. При цьому дані про вказані переміщеннях обробляються для зміни умов подачі на вході і для відновлення обсягів і тиску в «передін'єкційній» камері.

Згідно ж даному винаходу, вимірюючи зміну імпедансу, створюваного в електричному ланцюзі електромагніту при зміні положення насосного поршня, можна визначати положення самого поршня і, відповідно, контролювати подачу енергії для забезпечення попередньо заданої витрати рідини. Іншими словами, можна контролювати переміщення пристрою шляхом вимірювання його електричних характеристик, при цьому відпадає необхідність у використанні непрямих вимірювань параметрів інших рухомих елементів.

Більш того, у технічному рішенні згідно 5 2009206184 можлива корекція положення допоміжного поршня в певній конфігурації за допомогою додаткового привода У цьому випадку дані про переміщення поршня, що реєструються датчиком, також обробляються для відновлення об'єму і тиску в «передін'єкційній» камері. Навпаки, в даному винаході, обробляючи результати вимірювань імпедансу електричного кола електромагніту, можна змінити положення насосного поршня і, отже, забезпечити задану витрату рідини. Таким чином, можна контролювати переміщення пристрою шляхом безпосереднього впливу на насосний поршень, не вдаючись до використання додаткових приводів в «передін'єкційній» камері.

Також у висновку слід зазначити наступне. Система упорскування, відома з документу 05 2009206184, передбачає, що насосний пристрій, інжектори, допоміжний поршень, датчик переміщення та привід допоміжного поршня є окремими елементами, при цьому регулювання здійснюється на основі сигналу, що виявляється пристроєм, додатковим (датчик ж привід) по відношенню до насосного елементу. На відміну від цього запропонована в даному винаході система управляє тільки насосним пристроєм за допомогою вимірювання і контролю електричних параметрів магніту, тобто насосний пристрій одночасно виконує функції датчика і приводу без допомоги яких-небудь додаткових елементів.

Крім того, з публікації М/О 2007/007365 відомий дозуючий насос, який змінює положення робочої точки на графіку струму в залежності від зміни індуктивності і визначає шляхом обчислень, що виконуються електронним пристроєм, точку контакту тарілки ! осердя електромагніту. Таким чином, пристрій визначає кінець ходу поршня і може відключити електромагніт, що запобігає даремні втрати енергії і, відповідно, теплові втрати, які негативно впливають на продуктивність виробу.

Запропонований винахід також передбачає вимірювання струму, що використовується для розрахунку імпедансу. Однак, на відміну від технічного рішення, описаного в УМО 2007/007365, даний винахід не обмежується виділенням моменту підходу тарілки до осердя і, відповідно, кінця ходу поршня, воно встановлює взаємозв'язок між значенням індуктивності і положенням, яке займає поршень під час свого руху. Крім того, згідно з даним винаходом в залежності від параметрів настройки, введених користувачем, приймається рішення про те, в якому становищі необхідно блокувати хід поршня. Запропонований винахід дозволяє контролювати з точністю до сотих часток хід поршня і, отже, продуктивність насосу для кожного окремого уприскування добавки.

У документі ОЕ 202005013089 О розкритий насос з електронним дозуванням, в якому передбачена можливість контролю ходу поршня для визначення кількості енергії, необхідної для належної роботи насоса. У зазначеному відомому технічному рішенні регулювання ходу поршня відбувається за допомогою механічної системи, причому заданий користувачем хід поршня контролюється за допомогою оптичного датчика, причому передбачена передача даних на електронну плату, яка включає електромагніт по сигналу управління, що містить інформацію про енергію, що необхідна для роботи, виконуваної насосом.

На відміну від пристрою, описаного в документі ОЕ 202005013089 І, запропонований винахід не обмежується контролем струму, що подається на електромагніт для запобігання непотрібних втрат енергії так, що контроль ходу поршня здійснюється механічною системою, але включає соленоїд за допомогою подачі на нього струму точної величини, контролює його переміщення шляхом обчислення імпедансу і приймає рішення про блокування поршня в строго

Зо певному положенні, завдання якого можливо шляхом калібрування електронної плати. Іншими словами, в запропонованому винаході відсутнє механічний контроль продуктивності насосу - все здійснюється під керуванням електронної системи, яка включає електромагніт, відстежує кінець ходу поршня і, отже, задає продуктивність насоса з точністю до сотих часток.

У публікації УМО 03/023226 описаний електромагнітний дозуючий насос, призначений для введення медичних препаратів в тіло людини, причому зазначений насос живиться від акумуляторної батареї і не підключений до електричної мережі. Таким чином, технічне рішення, описане в зазначеному документі, відноситься до системи, що забезпечує точне дозування з мінімальним споживанням електричної енергії, що важливо для збільшення терміну служби батареї.

З документа М/О 03/023226 випливає, що в момент часу, коли на насос надходить живлення після спрацьовування вимикача і подачі сигналу керування, конденсатор, що виконує функції акумулятора, заряджається за заданий проміжок часу і залишається в зазначеному стані. До тих пір, поки схема контролю не включить за допомогою сигналу управління і вимикача соленоїд, що задає уприскування, здійснюваний насосом. Описаний принцип роботи може здатися занадто простим, однак, насправді контроль зарядки і розрядки конденсатора в «інтелектуальному» режимі і споживання під час виконання уприскування мінімальної енергії, необхідної для належної роботи насоса, дозволяє забезпечити значну економію енергії.

На закінчення необхідно відзначити, що система, описана в документі УМО 03/023226, контролює напругу і процес зміни струму для визначення належної кількості енергії, яка подається на соленоїд.

На відміну від пристрою, описаного в МО 03/023226, запропонований винахід заснований на контролі ходу поршня для миттєвої зміни обсягу уприскування насоса. Даний винахід не зводиться лише до визначення того, чи досягнутий кінець ходу поршня, він контролює в реальному часі те, що відбувається в електромагніті, здійснює обчислення імпедансу і визначає точний момент, коли слід зупинити поршень. Однією з основних характерних особливостей даного винаходу є те, що соленоїд виконує не тільки функцію приводу, але також датчика системи.

Завдання даного винаходу полягає в усуненні перерахованих вище недоліків шляхом розробки нового, сучасного дозуючого насосу, що відрізняється низьким споживанням енергії і бо високою продуктивністю.

У даному винаході зазначена задача вирішується за рахунок забезпечення нового принципу регулювання ходу поршня (динамічної зміни обсягу уприскування), заснованого на управлінні імпедансом електромагніту, який являє собою параметр, нечутливий до зовнішніх факторів, таких, як робоча температура, механічний знос і напруга джерела живлення.

Розробники описаного в даному винаході дозуючого насосу розраховують на те, що він замінить існуюче в даний час обладнання завдяки підвищеній продуктивності та зниженою до мінімуму споживаної енергії. Причому запропонований дозуючий насос забезпечує точність дозування, в основі чого лежить можливість регулювання ходу поршня без використання механічних пристроїв, схильних до зносу, а шляхом вимірювання фізичних параметрів, що залежать виключно від геометричних параметрів електромагніту.

Даний винахід стане зрозумілішим при прочитанні наведеного нижче докладного опису винаходу з посиланнями на додані креслення, на яких проілюстрований переважний варіант здійснення винаходу, що не обмежує обсяг його захисту.

На фіг. 1А представлено осьовий перетин запропонованого дозуючого насосу з встановленим на ньому електромагнітом, а також представлений виносний елемент, який в збільшеному вигляді ілюструє повітряний зазор.

На фіг. 18 в збільшеному вигляді окремо показаний електромагніт насосу, що представлений на фіг. 1А.

На фіг. 2-5 показані відповідні положення тарілки під час її переміщення в напрямку осердя у випадку, коли до обмотки прикладена різниця потенціалів; причому зазначене переміщення називають «ходом поршня». При зміні довжини ходу поршня відбувається зміна індуктивності електромагніту.

Запропонований дозуючий насос, по суті, містить три основні компоненти, а саме електронну плату, електромагніт і насосну частину.

Центральним компонентом системи є електромагніт, відповідним чином керований електронною платою, який повертається у вихідне положення під дією пружини. Зазначений електромагніт приводить в дію поршень в імпульсному режимі в діапазоні частот переважно від

О до 360 імпульсів у хвилину.

Ідея, що лежить в основі винаходу, полягає в поступовому впливі на електромагніт малими

Зо приростами напруги, причому одночасно з цим вказана електронна система вимірює струм, що протікає через соленоїд, для отримання відповідного значення його імпедансу, безпосередньо пов'язаного з положенням поршня уздовж передбаченого максимального ходу поршня. За допомогою потенціометричного або цифрового регулювання, безпосередньо налаштованого оператором через інтерфейс електронної плати, можна з точністю до сотих часток задавати момент зупинки поршня, тобто максимальний хід поршня. Таким чином, запропонований насос здатний з дуже високою точністю варіювати кількість добавки, що впорскується при кожному одиничному включенні електромагніта, при цьому відсутня необхідність у використанні спеціальних і дорогих механічних регуляторів або додаткових датчиків та електронного зворотного зв'язку.

У процесі роботи описаного дозуючого насоса рухома частина електромагніту 1, так звана «тарілка» 2, рухається до тих пір, поки не відбудеться замикання магнітного потоку в осерді електромагніта, таким чином, забезпечується переміщення поршня 3, прикріпленого до тарілки 2. Зазначене переміщення, як було сказано вище, визначається як «хід поршня».

З точки зору електротехніки згаданий електромагніт являє собою не що інше, як котушку індуктивності, утворену обмоткою, вміщеній на феромагнітному осердю певної геометричної форми, причому в ній є повітряний зазор, що закривається при переміщенні тарілки 2.

Зазначений повітряний зазор визначається відстанню (11, 12, 3, 14) між нерухомою і рухомою частинами електромагніту і відповідає «ходу поршня». При цьому рухома частина (тарілка, прикріплена до поршня) переміщається, викликаючи зміну індуктивності внаслідок зміни механічних характеристик самої котушки індуктивності і, зокрема, зміни фізичного параметра, відомого в технічній літературі під назвою «магнітний опір».

З урахуванням вищесказаного можна встановити певний взаємозв'язок між переміщенням тарілки 2 і, отже, поршня З та зміною індуктивності в залежності від зазначеного переміщення.

Підставою для цього є те, що аналізовані параметри можна узгодити з типовими параметрами котушок індуктивності, тобто з числом витків обмотки, поперечним перерізом сталевого осердя, довжиною повітряного зазору і іншими параметрами і, отже, можливо їх обчислення.

Таким чином, передбачуваний винахід заснований на можливості встановлення зв'язку між вимірюванням індуктивності електромагніту 1 - і, отже, фізичного параметра, що залежить лише ії виключно від геометричних характеристик виробу і конструктивних параметрів, не підданих бо будь-якого роду відхилень - і переміщенням клапана 3.

Відомо, що імпеданс електромагніту характеризується резистивною складовою, як правило, опором мідної обмотки, індуктивною складовою, що обумовлена числом витків, і геометрією сталевого осердя.

Робота пристрою буде характеризуватися виміром імпедансу електромагніту 7 - М/ при постійній напрузі (М - сопеїапі) і вимірюванням миттєвого струму (І) через кожну мілісекунду протягом заданого максимального часу, наприклад, що становить 100 мс їі рівного тривалості типового імпульсу, що подається на електромагніт і розрахованого, наприклад, на отримання переміщення, рівного 1 мм. Таким чином, виходить сто значень миттєвого імпедансу, відповідних переміщенню і відповідно вимірюваних з точністю до сотих часток.

Для сказаного вище формула, що виражає зміну струму з плином часу у вираженні для імпедансу, що наведений в попередньому абзаці за допомогою якої можна представити еквівалентну електричну схему електромагніту, має наступний вигляд: і (0 - (М/К) ДП - ев, де К - активний опір обмотки, ГІ. - індуктивність електромагніту (яка змінюється у часі при переміщенні тарілки), М - прикладена постійна напруга, є - число Непера, рівне 2,7182.

Опір К залишається практично постійним, його незначні зміни залежать від температури, при цьому в будь-якому випадку можливе його коригування. Якщо необхідно відрегулювати хід поршня з дуже високою точністю, досить встановити температурний датчик для корекції опору

Е електромагніту 1 і для більш точного вимірювання імпедансу.

Таким чином, зрозуміло, що зміна індуктивності І. призводить до зміни струму і математично пов'язано з конструктивними і геометричними характеристиками електромагніту 1. Тому, виконавши просту вибірку струму для кожного електромагніту при постійній напрузі і вимірявши його імпеданс тільки один раз і при першому включенні, отримуємо можливість опису електромагніту, при цьому вибіркові значення будуть повторюватися при всіх робочих режимах електромагніту, показуючи за викладеними вище причинами переміщення поршня З і тарілки 2, що прикріплена до поршня.

Згідно з даним винаходом на вимірювання імпедансу не впливає ні тиск в системі, до якої підключено пристрій, ні зміни зазначеного тиску. Це пов'язано з тим, що сила, прикладена до електромагніту 1, не залежить від протитиску системи, а залежить від ходу поршня,

Зо обумовленого кількістю рідини, що впорскується.

Шляхом вимірювання миттєвих значень імпедансу можна також блокувати рух тарілки в певних точках її ходу або ж зберігати тривалі імпульси переміщення з тим, щоб полегшити вихід рідини, що викачують, збільшуючи тим самим гідравлічний ККД, особливо у випадку обробки в'язких рідин.

Таким чином, кожен електромагніт буде характеризуватися своєю таблицею, в якій значення імпедансу буде пов'язано з ходом поршня і регулюватися мікроконтролером.

Однією з відмінних особливостей запропонованого винаходу є те, що електромагніт 1 приєднаний до мікроконтролеру електронної плати. Зазначений мікроконтролер забезпечує можливість детектування в реальному часі положення поршня З в залежності від змін імпедансу електромагніту 1 і, отже, можливість регулювання у відповідності з поставленими вимогами ходу зазначеного поршня З і, отже, кількості рідини, відразу ж впорскується насосом. Чим більше хід поршня 3, тим вище продуктивність дозуючого насосу.

Під час ходу поршня 3, скріпленого з тарілкою 2, відбувається зміна імпедансу електромагніту 1, оскільки при зміні ходу поршня відбувається зміна магнітного опору магнітного ланцюга електромагніту і, отже, його індуктивності. Виходячи з цього, можна зробити висновок, що відповідно до даного винаходу хід поршня, як було зазначено вище, контролюється за рахунок контролю імпедансом.

В описаному варіанті винаходу, наведеному лише як приклад, при першому пуску пристрою на етапі випробувань на заводі електронна плата подає перший імпульс, в результаті чого поршень З виконує повний хід. За допомогою вимірювань струму та напруги в електромагніті 1, що виконується з інтервалом 1 мс, зазначена плата зберігає у внутрішній пам'яті відповідні значення індуктивності і фактичні значення ходу поршня.

Враховуючи, що індуктивність є величиною, що змінюється тільки при зміні деяких фізичних та механічних параметрів, які можуть визначати невеликі зміни ходу поршня, очевидно, що можуть знадобитися додаткове калібрування насосу протягом його терміну служби.

Далі мікроконтролер приймає в якості зовнішнього вхідного сигналу дані про задане положення поршня, пов'язане з точним значенням продуктивності насосу. Мікроконтролер управляє пристроєм живлення, сполученим з електромагнітом, формуючи імпульсну послідовність, здатну створювати переривчасте електромагнітне поле, що забезпечує бо притягання і відпускання тарілки 2, що скріплена з поршнем 3, який в свою чергу прикріплений до мембрани 4 і переміщує її всередині корпусу насоса. В результаті, рідка добавка закачується у водний розчин.

Кожного разу при переміщенні поршня і, відповідно, тарілки відбувається послідовна зміна імпедансу електромагніту і, отже, детектуючи зазначену зміну, можна визначити досконалий поршнем хід. Завдяки цьому, мікроконтролер одержує можливість встановити момент зупинки поршня.

Після того як насос переналаштовано так, щоб його продуктивність задовольняла поставлені вимоги, електронна плата буде керувати струмом в залежності від зазначеного запиту в допустимому діапазоні температури зовнішнього середовища, характерного для належної роботи дозуючих насосів.

Таким чином, вдається уникнути надмірного споживання енергії, тобто не відбувається енергоспоживання більше, ніж дійсно необхідно для роботи дозуючого насосу. При цьому продуктивність насосу залишається незмінною протягом тривалого часу, що робить позитивний вплив на стабільність дозування і термін служби обладнання.

Дозуючий насос, оснащений зазначеними засобами контролю, можна також підключати через послідовний порт до віддаленого комп'ютера, що дозволяє керувати роботою насосу.

Перша перевага застосування описаного пристрою полягає в можливості регулювання ходу поршня З в залежності від роботи, яку повинен ефективно виконувати дозуючий насос, і відповідно від кількості рідини, що впорскується їм. Завдяки цьому досягається не тільки економія електроенергії, яка в даному випадку обмежується кількістю, дійсно необхідною для роботи насосу, але також забезпечується економія для самого користувача, оскільки точне дозування, незмінне з плином часу, запобігає даремний витратам речовин, що додаються.

Друга перевага полягає у можливості точного (порядку сотих часток міліметра) визначення положення поршня З по ходу його руху за допомогою електронної плати з мікроконтролером.

Третя перевага пов'язано з тим, що забезпечена можливість налаштування ходу поршня З при програмуванні мікроконтролера. Звідси відповідно випливає додаткова подвійна перевага: відсутність необхідності у використанні коштів для механічного калібрування, необхідного для правильного завдання ходу поршня, і пов'язане з цим зниження витрат. При одній і тій же конфігурації виробу можливе виготовлення дозуючих насосів з різними технічними

Зо характеристиками.

Ще одною додатковою перевагою винаходу є те, що дозуючий насос, що містить описаний раніше електромагніт, працює при температурах нижче тих, при яких працює традиційний дозуючий насос. Таким чином, запобігається надмірний нагрів. Це пов'язано з тим, що обмеження ходу поршня відбувається не за допомогою механічних засобів без зменшення енергії, що подається в електромагніт, а тільки за рахунок обмеження подачі зазначеної енергії.

Додаткова перевага дозуючого насоса обумовлена тим, що нова система володіє можливістю виконання двох функцій, що визначаються наступним чином. 1 «Недовантаження»: виявлення відсутності рідини або добавки усередині корпусу насоса в штатному режимі роботи пристрою; 2. «ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ»: виявлення можливих заторів або надлишкового тиску в лінії подачі насоса в штатному режимі роботи пристрою.

Виявлення зазначених ситуацій («НЕДОВАНТАЖЕННЯ» і «ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ») можливо завдяки тому, що відповідний блок електронного пристрою обчислює положення поршня і швидкість його переміщення.

У випадку виникнення ситуації «ЧНЕДОВАНТАЖЕННЯ» відсутність рідини або добавки в корпусі насосу приводить до значного збільшення швидкості переміщення поршня, при цьому мікроконтролер, контролюючи зміною індуктивності в реальному часі, виявляє зазначену ситуацію і у відповідності з параметрами налаштування, введеними на етапі програмування, передає негайно або через задане число імпульсів сигнал тривоги. У разі ситуації «НЕДОВАНТАЖЕННЯ» в системі може бути передбачена можливість повторної заливки, при якій відбувається подача заданого числа вприскувань протягом певного і запрограмованого періоду часу.

Функція «ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ» дозволяє мікроконтролеру виявляти відсутність процесу дозування незалежно від наявності відповідних відомих зовнішніх пристроїв (наприклад, датчика витрати). Закупорка в лінії подачі насоса, часткова або повна, призводить до зниження швидкості переміщення поршня, при цьому вказане зниження швидкості залежить від ступеня засмічення. Електронна плата насоса отримує зазначені дані і після закінчення заданого проміжку часу автоматично переходить в стан тривоги, показуючи стан «ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ».

Слід зазначити, що пристрій, описаний в патенті ІТ 1343207, заявка на який була подана від 60 імені даного заявника під назвою «Дозуючий насос, що містить пристрій для автоматичного контролю споживаної потужності», являє собою дозуючий насос, який забезпечує контроль ходу поршня за допомогою вимикача і відключає живлення обмотки при наближенні поршня до кінця ходу. В результаті, запобігається даремна витрата енергії.

Крім того, в патентній заявці КМ 2009А000537, поданої в Італії даним заявником під назвою «Пристрій контроля ходу поршня дозуючого насосу», описаний дозуючий насос, який оснащений ємнісним датчиком, сполученим з електромагнітом, який не просто контролює кінець ходу поршня, але миттєво змінює положення поршня в залежності від відстані між пластинами конденсатора, а також за допомогою контролю, здійснюваного електронною платою, визначає і встановлює точну величину дозованої добавки.

На відміну від згаданих технічних рішень, запропонований винахід заснований на контролі положення поршня З в залежності від результату вимірювання індуктивності електромагніту 1. В результаті, відпадає необхідність у використанні вимикача кінця переміщення і ємнісного датчика.

Іншими словами, електромагніт 1, поряд з виконанням функції привода насосу виконує також функцію індуктивного датчика, завдяки чому можливе визначення та управління положенням поршня З і, відповідно, продуктивністю насосу.

І нарешті, відомо, що інші виробники електронних дозуючих насосів намагалися досягти цієї мети шляхом контролю струму, що протікає через електромагніт, але отримані ними результати не забезпечували належної роботи, що відповідає вимогам насосу.

Вище описаний і проілюстрований переважний варіант здійснення даного винаходу. Однак, очевидно, що фахівець в області техніки може внести в описаний варіант винаходу різні модифікації і/або зміни, що не виходять за рамки обсягу його захисту. Наприклад, можна передбачити в електромагніті обмотки і осердя відповідних розмірів, що мають геометрію і конструкцію, що дозволяють отримати мінімальне розсіювання магнітного поля і підвищити ККД і знизити теплові втрати.

Claims (13)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Дозувальний насос з поршнем (3), що містить: Зо електромагніт (1), обладнаний нерухомою частиною, яка містить обмотку, і рухливою тарілкою (2), що закріплена відносно зазначеного поршня (3), та електронну плату з мікроконтролером, яка з'єднана з електромагнітом (1), який відрізняється тим, що для контролю ходу поршня (3), електронна плата з мікроконтролером виконана з можливістю детектування в реальному часі положення поршня (3) шляхом контролю змін значень імпедансу (7) електромагніта (1), викликаних змінами індуктивності; де 2-М/І при постійній напрузі (М-сопвіапі), а формула, що виражає зміну струму для вказаного імпедансу, за допомогою якої можна представити еквівалентну електричну схему електромагніта (1), має наступний вигляд: і (0)-(М/А)ТТ1-е-(В/ У, де В є активним опором обмотки; Ї є індуктивністю електромагніта (1), яка змінюється у часі при переміщенні тарілки (2) і, відповідно, поршня (3), закріпленого на зазначеній тарілці (2); М є прикладеною постійною напругою, е є числом Непера, рівне 2,7182.

2. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що поршень (3) прикріплений до мембрани (4), що розташована в корпусі (5) насоса, і рухлива тарілка (2) виконана з можливістю переміщення мембрани (4) всередині корпусу (5) насоса із забезпеченням тим самим завантаження рідкої добавки в систему, в якій встановлений насос, при поданні на електромагніт (1) імпульсної послідовності, створюючи переривчасте магнітне поле, що забезпечує притягання і відпускання рухливої тарілки (2) з поршнем (3); мікроконтролер виконаний з можливістю зберігання в своїй пам'яті точного значення ходу поршня, яке відповідає значенню індуктивності, що детектована самим мікроконтролером.

З. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що електронна плата з мікроконтролером (1) виконана з можливістю посилання першого імпульсу для вимірювання індуктивності при першому включенні насоса для встановлення співвідношення між ходом поршня і індуктивністю електромагніта; причому зазначений перший імпульс налаштований для спонукання поршня (3) до здійснення повного ходу, мікроконтролер виконаний з можливістю вимірювати струм в електромагніті (1) з інтервалами в одну мілісекунду, зберігаючи у своїй внутрішній пам'яті виміряні значення струму і ходу поршня, з одночасним обчисленням імпедансу електромагніта.

4. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що мікроконтролер виконаний з можливістю регулювання ходу поршня (3) шляхом модуляції імпульсного струму при фіксованій частоті в електромагніті на основі знайдених значень індуктивності, порівнюваних із значеннями, наявними у внутрішній пам'яті мікроконтролера, що зв'язує їх з ходом поршня.

5. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що зазначений мікроконтролер виконаний з можливістю регулювання ходу поршня (3) шляхом модуляції струму, що подається на електромагніт (1).

6. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що зазначений мікроконтролер виконаний з можливістю оцінки швидкості переміщення поршня (3) і подачі сигналу тривоги негайно або через задане число імпульсів при значному збільшенні швидкості переміщення поршня.

7. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що зазначений мікроконтролер виконаний з можливістю оцінки швидкості переміщення поршня (3) і подачі сигналу тривоги при зниженні швидкості переміщення поршня.

8. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що він оснащений послідовним портом для під'єднання до комп'ютера або іншого подібного електронного пристрою, виконаного з можливістю дистанційного збору інформації, накопиченої мікроконтролером, і/або для втручання в роботу насоса.

9. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що електронна плата з мікроконтролером додатково виконана з можливістю установки взаємозв'язку між значенням індуктивності і положенням, що займає поршнем (3) під час свого ходу, і визначення на основі заданих користувачем параметрів настройки, в якому положенні необхідно блокувати хід поршня.

10. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що електронна плата з мікроконтролером виконана з можливістю контролю струму на електромагніті (1) і включення його соленоїда шляхом подачі струму точної величини, контролюючи хід поршня (3) за допомогою обчислення імпедансу та прийняття рішення про блокування поршня в точно визначеному положенні, яке задане шляхом калібрування електронної плати.

11. Дозувальний насос за п. 1, який відрізняється тим, що мікроконтролер виконаний з Зо можливістю визначення точного положення, в якому слід зупинити хід поршня (3) шляхом контролю в реальному часі електромагніта (1) за допомогою обчислення його імпедансу.

12. Дозувальний насос за пп. 1-11, який відрізняється тим, що електромагніт (1) виконаний так, щоб при включенні його за допомогою мікроконтролера і поверненні в початковий стан за допомогою пружини, приводити в дію поршень (3) в імпульсному режимі з частотою в діапазоні від 0 до 360 імпульсів в хвилину.

13. Дозувальний насос за п. 12, який відрізняється тим, що вказана електронна плата з мікроконтролером виконана з можливістю поступового включення електромагніта (1) малими приростами напруги і одночасного вимірювання струму, що протікає через соленоїд зазначеного електромагніта, для одержання відповідного значення імпедансу, безпосередньо пов'язаного з положенням поршня (3) уздовж передбаченого максимального ходу поршня; електронна плата з мікроконтролером має інтерфейс, призначений для потенціометричного або цифрового регулювання ходу поршня безпосередньо оператором.

х ОККО Как КК х СО ТЕ ВК ОКХ со КК: Мнен нн ТКА ММК Ж х Мово ВДВ КВ ПОП ВК БО М, ТІМ ХЕ СТВ не; х - Ве о. Я ДР Я ЯН ОИЖИИ З НнН ЗХ 3 З: х ООН ан КК М ЗНОС х в КК ШКО КОМА У Же : Ва СОН КУМ ЕХ БЕЗ У Ко Я ща В З х Б о ОКА х ВН НН ох КОМУ хе МОНО 4 КОКО Я ЕКО ок СОКУ К ни о о ЗИ: х ОК ши ОА ВУ Я КК ох Кв ОО ее Сх щу: ОМВО: кт Кк і Мох ХУ МАК шо» Ще Же да ох 55 ман КАНОН ВОК КК КК ОО ЗБК, и Кований КУ

0. Ме с ЩА я В ЕЕ її ще З їв КУ І с ЗО С кв КЕ Я х По, Ка КО СУКА З 5 шо ОО ЕХ еВ У в. КК СХ КВК с ОЗ МКК - Е п : с Я еВ п х МОХ ах УК ВХ ОО хх ЗКУ с сх с й . ; ОН п. З КОЖ ЗЕ ПН КМ КК КОХ сн ОО У ВА пен по Я шо я с КУШМННЯ Я х ХМК КОН ПИ ОВО КЗ ОА ж с. 5 ос З ОБ т реа МОЖЕ УМ вс ЗХ Мох а ра КАМ КОЖ КОХ КАМ Ж ВХ ДУМІ най с КУ КУ З ЕК ОО Кн ЗО МУЖКОХ Ка ХІН МОВ ЕКХ КК ВУ КВ КК. КК ОКУ м 5 МОЯ ОО КК с ОО о. КО З ЕОМ ї КВ щу с КОХ ХІІ с с МЕ ЕКО - п. З МЕ й З Ко У ЗЕ ОКУ СУМУ ОХ ОХ УКХ ЗУБ МЕ ОХ Б и с и ВО 0 ОО ЕХ МОЯ ВОК КХ У УЧ Ж зе о о ВО в ще Х У ОКО вх МК 4 ЗУ ЗААОМАХ: АААМАДЯИ Кт ТК ОК р. У В Зх Й Я 5 З я й Ж оеефеенесту ще я і Я КК КУ плоту як ї КК о Е Ї Ей сосс ІЙ ХУ ї 7 і ре в К; ППО і ИИИх 3 Я п Ба

Ж. ОБО Ей іа ОМ МОЖУ Я Е Б Ве 0000: з ке «Б ОМС Ох ХК : що Хо КАХ КАХ Ох ще БО хе ТО ЗХ МК т РУХ ОО ВСЕМ Як: с КОКО ОККО Яа СУЯ с З ЛЕ

1. ос а х ОКО ОКХ ЗОВ току М Б У ще ОК і ОО З КОКО 555. НОТ о. с і КО МНН хх КК в кеВ каоврвявно ДК с з ВІВ ТОК я ТЕХ. ПЕ КАК НКУ. ОБ с х ШК дання КК х (Но СО Ех со Й нано КО як ССС. у ОБОВ инен Бере. Х КОМ Ух СО ОК Ж У х Клитиит Б СО ПЕН ЕК Коней с 17 о ИЙ ШеОКОУ о з о ОА ПЕН Тй ОО о. У І ОНИ КІ о. і В МЕ с ГУ ОО ПКД с о ос. ВО о. ОВ БА о ЗК ОМ В СОУ ХО ЗО СХ І ОО ОКУ ЩЕ Я і КК ОКХ КОВО У ОКА ОК ВН ВО с в ї АСВ с з В п МОЖ В ; Кия Я ВО ? ТО с КОКО с ї ХА ОВ КМ

М о. с ї ХУ ПО ХМ Ж У оо КУ ЯЗ ОМ КМ Хе й ще о. Б ОО МЕ АХ ОХ п й о. т МО ХОМ пу 7 ЗМУ ПОКИ ОККО МО й МО М Кай с дл жи й Повітряний

ФІГ.1А !