Патент на изобретение №2290611

(54) ОБЪЕМНЫЙ ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области объемного дозирования жидкости и может применяться в различных отраслях техники, в т.ч. при розливе пищевых продуктов, расфасовке жидких медикаментов, товаров бытовой химии, парфюмерии и пр. Изобретение направлено на повышение точности и надежности дозирования. Этот результат обеспечивается за счет того, что объемный дозатор жидкости содержит мерную емкость, упор, воздушный колокол, мембрану, воздушную трубку, датчик взаимного перемещения колокола и воздушной трубки, датчик атмосферного давления, датчик давления жидкости на входе в дозатор, вычислительно-управляющее устройство и исполнительные механизмы на линиях подачи жидкости в дозатор и отбора дозы. Причем воздушный колокол расположен днищем вверх внутри мерной емкости и может перемещаться в ней от дна емкости до упора, упор расположен на внутренней поверхности емкости с возможностью его перемещения, мембрана расположена в днище воздушного колокола и жестко сообщена с воздушной трубкой, которая связана с датчиком взаимного перемещения, расположенным на внешней поверхности днища воздушного колокола, а датчик взаимного перемещения, датчик атмосферного давления, датчик давления жидкости на входе в дозатор связаны с вычислительно-управляющим устройством, а последнее – с исполнительными механизмами на линиях подачи жидкости в дозатор и отбора дозы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники

Изобретение относится к области порционного дозирования жидких сред, например объемными дозаторами, и может применяться в различных отраслях техники.

Уровень техники

Известны объемные дозаторы жидкости, например по AC 1118862, AC 1337670, патенту РФ 2054631, содержащие мерный сосуд и дополнительные элементы (мембраны, сильфоны, поплавки, воздушные трубки и пр.), обеспечивающие повышение точности дозирования. В заявке на патент 99124335/20(025757) (прототип) предложен дозатор, снабженный дополнительно двойным сильфоном, связанным с воздушной трубкой, причем внутренняя полость сильфонов сообщена с атмосферой, что позволяет учесть изменения атмосферного давления. Недостатки этого устройства: 1) необходимость обеспечить герметичное соединение воздушной трубки с мембраной и с сильфоном при одновременном условии их взаимного перемещения; 2) прогрессирующее ухудшение точности дозирования ввиду изменения упругости мембраны; 3) погрешность дозирования, вызванная изменением буферной емкости воздуха в дозаторе при изменении величины дозы.

Сущность изобретения

Предлагаемое устройство лишено описанных недостатков, имеет более высокую надежность и точность дозирования. Это достигается введением дополнительных элементов: воздушного колокола и передвижного упора в мерной емкости, датчика давления жидкости на входе в дозатор и датчика атмосферного давления, а также выполнением управляющего устройства с возможностью вычислительных операций, учитывающих влияние перечисленных параметров на точность дозирования. При этом наличие воздушного колокола и упора обеспечивает исключение погрешности дозирования за счет изменения буферного объема воздуха.

Предлагаемое устройство показано на чертеже и содержит мерную емкость 1 с расположенным на ее внутренней поверхности упором 2 со шкалой 3, воздушный колокол 4 с расположенными на нем мембраной 5, воздушной трубкой 6 и датчиком взаимного перемещения колокола и трубки 7, датчик атмосферного давления 8, датчик давления жидкости на входе в дозатор 9, управляющее устройство с вычислительными функциями (ВУУ) 10, запорно-исполнительные органы 11 и 12 на линиях подачи жидкости и выдачи дозы. При этом воздушный колокол расположен дном вверх внутри мерной емкости с возможностью перемещения в ней от днища мерной емкости до упора, воздушная трубка неподвижно закреплена в мембране, а датчики взаимного перемещения, атмосферного давления и давления жидкости на входе в дозатор сообщены с ВУУ, а последний – с исполнительными органами.

Работа устройства

В исходном положении емкость 1 пуста, воздушный колокол 4 находится в емкости 1 и лежит на ее дне. Исполнительный орган 11 закрыт, а орган 12 открыт. По команде ВУУ орган 11 открывается, а орган 12 закрывается, жидкость начинает поступать в емкость 1 из источника жидкости (расходная емкость, насос и пр.). Жидкость поступает в открытый нижний торец колокола 4, вытесняя воздух из него через трубку 6. Как только уровень жидкости в емкости 1 и колоколе 4 поднимется до нижнего края трубки 6, выход воздуха из колокола 4 прекращается, и имеющийся в колоколе 4 воздух поднимает его синхронно с подъемом уровня жидкости в емкости 1. Когда верхний край колокола 4 достигнет упора 2, колокол останавливается, уровень жидкости в нем поднимается, находящийся в нем воздух сжимается, его давление возрастает, и мембрана 5 вместе с трубкой 6 перемещается кверху. При этом срабатывает датчик взаимного перемещения 7, сигнал от него поступает в ВУУ 10, последнее срабатывает, закрывая орган 11 и открывая орган 12. Набор дозы прекращается, а набранная в емкости 1 доза выдается из дозатора, например, в тару. При этом в ВУУ постоянно поступают сигналы от датчика атмосферного давления 8 и датчика давления жидкости на входе в дозатор 9. ВУУ 10 обрабатывает все поступающие в него сигналы, вырабатывая управляющий сигнал для прекращения набора дозы по нижеописанному алгоритму.

Рассмотрим условия измерения дозы в емкости 1 и колоколе 4. Перед началом набора дозы в колоколе имеется атмосферное давление Р₀, а объем воздуха в колоколе на момент подъема уровня жидкости до нижнего края трубки 6 обозначим как V₀. Далее колокол поднимается, пока не остановится упором 2. Далее уровень жидкости в колоколе незначительно поднимается, объем воздуха в колоколе уменьшается до величины V, а его давление достигает величины Р. При площади мембраны 5f на нее воздействует снизу сила F=Р·f, и когда она достигает величины силы тяжести подвижных частей (мембраны и воздушной трубки), то в этот момент мембрана поднимается и датчик 7 срабатывает, доза отсекается. Пусть необходимо отмерить объем жидкости V_зад, для этого упор 2 устанавливают так, чтобы объем жидкости в емкости 1 (от днища до нижнего края трубки 6) был равен заданному, т.е. каждому V_зад соответствует свой . Далее начинается сжатие воздуха в колоколе 4, причем выполняется (в изобарических условиях) соотношение Р·V=Р₀·V₀. Таким образом, срабатывание датчика 7 происходит в момент, когда V=P₀V₀/P, т.е. образуется статическая погрешность дозирования V=V₀-V=V₀(1-Р₀/Р)=V₀(1-Р₀f/F), зависящая от Р₀, V₀, т.е. величин переменных. Величина V₀ (буферный объем воздуха) в устройстве – прототипе определяется заданной величиной дозы и в каждом случае дозирования случайна. В предложенном устройстве величина буферной емкости постоянна (равна объему колокола от нижнего края воздушной трубки до днища колокола), а погрешность дозирования за счет изменения V₀ и P₀ учитывается в ВУУ 10 по алгоритму, приведенному выше, что позволяет рассчитать необходимую величину положения упора 2.

Кроме того, известно, что изменения давления жидкости на входе в дозатор также вызывают погрешность дозирования (см., например, устройство по АС 1118862), поэтому данная величина также измеряется датчиком 9 и подается в ВУУ 10.

Преимущества предложенного устройства определяются тем, что: 1) в предложенном устройстве компенсирована статическая погрешность дозирования, вызванная переменными величинами буферной емкости воздуха, атмосферного давления и давления жидкости на входе в дозатор, вследствие чего точность дозирования повышается; 2) кроме того, в предложенном устройстве исключены жесткие, но с возможностью перемещения соединения мембраны с воздушной трубкой и сильфоном, что повышает надежность; 3) кроме того, мембрана в предлагаемом устройстве имеет значительно меньшую площадь, а воздушная трубка – длину, что уменьшает вес подвижных частей мембранного блока, постоянную нагрузку на мембрану, что повышает надежность всего устройства.

Формула изобретения

1. Объемный дозатор жидкости, содержащий мерную емкость, мембрану, воздушную трубку, исполнительные механизмы подачи жидкости в мерную емкость и отбора дозы и управляющее устройство, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно воздушным колоколом, упором, датчиком взаимного перемещения колокола и воздушной трубки, датчиком атмосферного давления и датчиком давления жидкости на входе в дозатор, причем воздушный колокол расположен днищем кверху в мерной емкости между дном мерной емкости и упором, упор размещен на внутренней поверхности мерной емкости, датчик взаимного перемещения расположен на внешней поверхности днища воздушного колокола и сообщен с воздушной трубкой, мембрана жестко соединена с днищем воздушного колокола и с воздушной трубкой, управляющее устройство связано с датчиком взаимного перемещения, датчиком атмосферного давления, датчиком давления жидкости на входе в дозатор и с исполнительными механизмами на линиях подачи жидкости в дозатор и отбора дозы.

2. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что упор, размещенный на внутренней поверхности мерной емкости, выполнен с возможностью его перемещения вдоль вертикальной стенки мерной емкости.

3. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что воздушный колокол выполнен c возможностью его перемещения внутри мерной емкости от днища последней до упора.

4. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что управляющее устройство выполнено с возможностью обработки сигналов от датчика атмосферного давления и датчика давления жидкости на входе в дозатор и вычисления статической погрешности дозирования, например, по формуле V=V₀(1-fP₀/F), где Р₀, V₀ – атмосферное давление и исходный объем воздуха в колоколе, f и F соответственно площадь мембраны и сила, действующая на мембрану.

РИСУНКИ