磁驱动计量泵的制作方法

专利名称：磁驱动计量泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种依照权利要求1的前序部分的磁驱动计 。
技术背景那种类型的磁驱动itM^ffi常是已知的，并iiiir展加载与各种要求相配。它们 用于itl:^l只，其中fflil传送,闭体积^i4行计量。每次冲程的计量体积与隔膜移 动导致的体积著相对应。在这种磁驱动itS泵内， 一个可移动的推动部fm^A—个固定的磁性罩上，以 便于当磁化线圈被驱动时，它可以插入磁性罩，使空隙縮小并且在断电之后，推动部 件将会被恢复弹簧推回到开始的位置。ii接杆与推动部^牛固定连接，并且将这种运动 和力传递给流量计隔膜。在最简单的例子中，这种冲禾試磁铁在一段特定时间内被換通以完成一^itt冲 程。其他的例子里按照预定时间分布图向磁腦圈樹共一J^e制电流，这,力及其 导致的计量性能都更加具有重现性，并且不M于例如电源的实际功率等电参数。冲程的频率是由电源脉冲的重复频率所提供的。这种冲程长度倉,被例如设置冲 程起点的、可机械调整的轴改变，终点则是当磁铁完全移进时给出的。在一种可能的 例子中， 一个冲程调整栓 泵壳内的螺纹中，并且具有可做卜部触及的校准旋钮， 冲程调节栓的后端被固定在磁性罩上或者相对于磁性罩固定。隔膜的运动是由于有效力的合力作用。当开关打开后，磁流和由此产生的磁力通 过自感应开媳爱肚升；当隔,生的力作用^^接杆iia恢复弹簧的作用被克服时， 推动部件就开始移动。空隙應小并且磁力进一步增加。推动部件快速加速同时撞击罩 板，只Milffl常存在的一个O形环加以控制。鄉的运动都是发生在几毫秒内，结果 使^itS物质产生非常高的瞬时il^和ii^并^l两倍的工作压力的高压峰值。隔膜不是刚性的，而是当待itS物质的工作压力是在伸縮区^上时，会发生一特定量的弹性变形。变形量会降低有效冲程运动并导 1作压力上升，计H:下降。在正常〗顿时，这种特性下降比计量精度所允许的范围更加显著。因此，磁驱动计量 ，常不能在保证所需的精度的前提下在很宽的工作压力范围内使用，此外，由校准 引起的误差因为在进一步的计算中被使用而加剧。然而，所述的校准量测在实际工作 ^i牛下使用时必须进行，尤其是使用腐蚀性化学物质时，这是一个非常困难的步骤。现有的磁驱动计觀仅有一些简单部件并且易刊隨，但是在应用方面有相对局 限性，同时与马达驱动泵相比会受到计量过程中液力特性的不利因素的影响。马达驱动，例如iiii齿轮或凸轮来传送，倉g应用在更多方面并且在许多过程中具有更好的计1#性，但是生产费用也更加昂贵。 发明内容本发明的目的是克服计散程中液力特性的不利因素^^一种可变的、灯作 范围的磁驱动计量泵并不降低它的优点，艮蹄隨简单、便宜。另外，推动部件和与之 相连的连接杆的运动将会与标称的细节相匹配，这样计量过程就可以被校准。同时由 制誠由弹性震动板的不利属性弓胞的缺点也会被计算在内并由控帝係统加以补偿校 正。位置 际器也会被构織去，这胺位置测量时产生的各种组装差异和/或问亂就 能由机载电子器件加以补偿紅。这一问题由与推动部件和连接杆所组成的模±央相连掛隹元件戶 决，基准元件的 位置由位置传自湖糧，其中位置传自提供一个与基准元件的位置有着固定关系的 实际信号，并且由推动部件和连接杆组成的单元的运动受到一个控制电路的影响以保 证控制精度，以便它iit盾预定的l^尔分布图。控帝係统和位置传繊监观lj与连接杆相连的推动部件的运动并按照预定的运动 分布图移动它。在这一点上看，从标称的^#出发，控制系统决定了将要进行的M 运动并4顿从位置传s^寻到的运动测量结果鄉行控制，同时影响磁鹏圈电流以使itS以可能的最好方式进行，并且消除例如由隔膜的特性弓胞的误差。如果^a传繊根据无接触原理运转，那么就可保证传繊的无损艇转，因为 在计量泵的^ffl寿命期内大量的冲程是有益的并且在实际中也是必须的。如皿有连接杆的位置部件位于与计量头相面对的端部处并在iti头的外部，那么关于位置传自空间的弹性就要增加。如果基准元件影响光源的光程，并且如果固定于磁性罩内并与,元件一起工作 的位置传自是一个感光接收器，那么就可保证无磨损运转，这十分重要，因为在计量泵的使用寿命期内^a行大量的冲程，并且移动的部分不被接败就被扫过。这样布置的另一个好处是位置传 这样的结构基本±^散乱磁场不敏感，而当正在运行的传離接近磁体时这种情况慰隹以避免的。如果基准元件是一个会产生阴影的物体或提供阴影的物体，并且安装于磁性罩内与基准元件一起工作的位置传感器是由一系列的感光电耦M置组成的，那么这样的 装置具有传感器必须满足的一个重要的光学特性。首先，这样的装置是在无磨损光学功能原理和对散乱磁场不敏感的情况下工作，第二这样的传,在使用中没有线性 缺陷。如果位置传感器安置在它自己的传自载体上，该载体固定于磁性罩，这样的装 置可以作为一个模i央被预先装配和测试，从而使装配更加便利。如果传感器载体被制 成一种非绝缘塑料部件，那么还可简化传自元件与磁性罩之间的电绝缘。如果位置元件、产生阴影的物体或提供阴影的外形部分和^S传自组成了一个类似于光盒的装置，同时如果湖懂结果錢续输A^阶段式输入到电子控制系统，该装置以一顿当的被向电子控制系统跑對立Mm如m置传感器的光学接收器由许多线性布置的接收器(像素)组成， 128 像素，这样装置可以M31测出在已照亮的和未照亮的单^t间存在的阴影边缘较容易地测定位置，并且明显地具有与接受模块的单元相等的^f摔。如果光源是发光二极管(LED)，且被安置在位置传感器的对面以使它指向接收 器的光柱就不会被连接ff^扰，其好处是便宜的发光二极管具有对高光学分辨率至关 重要的近点光源，同时还有个几乎无限的使用寿命。将它安置在位置传感器的对面且 超出连接杆导致在光源和接收器之间产生了一长驟巨离，这使相关光柱的投射角相对3^:于元件的安^i立置。如果位置传^IK36)的初始fi^t位于阴影过渡区域的几个像素的^g值进行插 值得到的，那么位置传^^刀始信号的^M率会tbil31CCD接收器的单元的mw间距 来确定的更精细。如果在处棘自位置传離的信号时采用了过滤的手段，那么位置传離的抗干 扰能力将会得到提高。如果通过一个基准存储器来消除位置传感器的零位误差或是通过采用一个或多个基准位置来消除位置传 的刻度误差，另卩么位置传iiH对组装产生的变化和运行中产生的机械位移的敏感度被降低，这對立移是例如在加热中或是因为轴承的磨损产 生的。如mM3K顿像素離f棘控制或调整光麵校平位置传麟的照明度变化，那么位置传,对模块参数变化的敏感度将会斷氏。如果在光学接收器单个像素之间的亮度变化通过加入用于每个像素的敏感度的 基准存储器来加以补偿，那么光学接收器上污点的影响将会降低。如果位置传繊的信号在控制装置中被进一步处理并和标准值进行比乾其中控 制装置影响磁化线圈中的电流以校正移动量，可以利用这种对隔膜运动大的有目的的影响来得到或提高对计量有益的液力特性，比如用彩l慢itSil程，进行压力补偿和/ 或itS部分冲程的精确性。如果控制装置3131改变线圈电 交替影响推动部件的位置、皿勵ntt，那 么与实p示计量任务要求相匹配的魏的控制方式将会!棘用。控制隔膜體會辦直接控制被计量介质的实际涼速，恐寸例如缓漫充注中防止气蚀发生是必须的。从另一方 面来说，控制隔膜的位置意味着可以控制皿静止状态，在此状态下，由路径信号差 而得到的关^I^的信息变得十分微弱，不能被控制装置进行适当的处理。控制隔膜 位置避免了这个问题并且在被用来限制电子冲程的长度或缓漫计量过程时是有益的。 控制隔膜的加速度也是有好处的，因为移动物质的加皿直接反映磁功率并间接反映 磁电流，因而容易调整。如me制装置有意缓優推动部件在充注P介段和/^E力P介段的速度，由对zK流的阻 力或气蚀的产生而弓跑的压力损失会被抵消。当i憎如卵磷脂之类的高粘度介质时， 在流量非常高时，在比如在阀门内的狭小的区i，产生大的压力下降。这些压力下降 必须以来自驱动的附加功率的形式加以克服同时可以iiiffi帝幌膜的體以保持招氐 zK平内。此外，降低^I产生的流动噪音可以被有效陶氐。当被计量物质容易析出气 体时，比如漂白用的氯气，尤其是在充注阶段，此时流速太高，ilil压力斷氐到被计量物质的蒸nn以下而经常发生气蚀，导致机鹏损加剧。控帝鹏膜在充注阶段和域 压力阶段的 对避免这种5 有益。如果期望的冲程长度ilil操作员输进控制装置，并且推动部件的运动^e制装置舰控制磁化线圈限定到待执行的冲程长度，那么就可以大量省去机械校正元件。如果Mii电子方式将推动部件的运动限定到即使在最大冲程长度也没有接触到机械缓冲 区，那么吸收能量用的o形环也可被省去。如果冲程调^^f设的值是在直接由位置传麟iti的过程中的领懂决定的，那么为iaW定位伴随机i^件的附加传ii^也可被省去。如me制装置限定推动部件在压力阶段的开始和/或结束时的速度，比如在第一个 或最后一个三分之一冲程，控制磁化线圈以防止因为被计量流体的速度发生快速变化 或因为居ij烈撞击机械缓冲区而产生的压力峰值出现，贝噫瞎其他需要的附件如脉冲 自器可被省去。如果控制装置在压力阶段结束的时候通过控制磁化线圈限制推动部件的速度以避勉载出现，那么iti的精确性可被大大提高，尤其是在低背压情况下。如果控制装置在压力阶段通过以计量冲程的循环率所给出的周期驱动电磁线圈 以分配推动部件的向前运动，使被计量物质以可能的最平稳方式分配，例如，甚至以几^H衬煞卖时间的缓慢i憎冲程，那么可基本避免被计量物质的浓度变化。当以连续计量模式工作，即实质上在充注冲程和接下来的计量冲程中没有间隔 时，如果控制装置改变冲程运动，以M^、冲程长度、提高冲程频率、同时保持隔膜速 度在计sa程中几乎不变来获得期望的计量效果，并且如果它通过控制磁化线圈在推 动部件被恢复弹簧完全推至前方的机械缓冲器前结束启动冲程，以使推动部件的运动 仅仅发生在空隙和磁电流要求都小的冲程运动范围内，这样依据时间，所需的电驱动 和产生的热损失者R皮减少。如果在隔膜，的向前运动的开始阶段，3i3ie制^g本身或另一个控制单^(见 测磁电流，推断功率分布图并从瞬时功率分布图检测出口阀的开启，再AU见测中测量 由隔膜的弹性^B弓跑的死区，再i!3i有意停止与冲程变形有关的冲程运动来影响实 际的冲程路径，从而隔膜' (相对于冲程或计量^l只)引起的错误被消除，并且计 量数对反压的依赖性也被充分减小T则计量精确度得到提高。这一提高^ilil消除因为操作压力使隔膜发生弹性变形而弓i起的m^使its精度而得到的，从而戶皿变形不能影响计量。由于减少了计ift对操作压力的依赖性，其他膚况下当诸如操作压力的操作参数显著改变时需要进行的再次校准就被省去了 。通3iH测磁电流对隔膜变形加 以补偿是有益的，尤其^t于磁驱动计量泵，它^t所需要的实际功率的很好反映并 且该功率可从t,得到的信号中推断出而不需要ftf可附加测量。当操作M4邻程长度时，如果在推动部件向前运动期间运行的、3拉于由隔膜的弹性变形产生的测量死区的实际冲程被控制装置iia有意结束冲程而影响，从而由隔膜变形而弓胞的错误被消除同时计量数对设定的冲程长度百分比的线型依赖性也大大提高，这将提高该情况中计量的精输性。这种提高^il过消除由操作压力导致的隔膜的弹性变形而弓l起的误差得到的，因此B)M变形量对计量无影响并且有效冲程长度不 是与机械设定长度严格成比例。最后，上面所做的声明在这相互联系。如果在推动部件向前运动期间，控制装置湖糧由隔膜的弹,娜产生的死区并用它来估计操作压力，那么在计Sil程中超压能够被方便地检测到并被加以限制，同时 如果预定的最大压力值丰鹏过，应校正计量以避免压力的进一步上升。因此，如果计 量泵是工艺中仅有的压力上升装置，目前为止那些必需的附件、如mE限制器能被省 去。如果^4口壳体内部、包括磁体和电子设备，磁力驱动计觀内产生的热量能被有 效散失。这使会产生大量热量的操作得以进行，比如以低隔膜移动棘擀卖iti。如果电扇被安置在内部用于7賴卩部件，其气流被弓倒磁体和/或线圈绕组的壁以及 磁驱动计量泵壳体的内壁和其他部件，磁体^^M部件产生的热量被直接排到内部的 空气和壳体上。被引导的气流改善了加热部件的热传递阻力并减少了壳体内部M相 对于空气温度的上升。因为热量在壳体的旨表面分布更加平均，大部分表面在没有 直接^4啲情况下起了散热器的作用。壳体表面和泵内部件的峰值纟鹏要比没有7转卩 的低。如果部^^流被弓I向位置传繊拟转咜，那么它的、鹏实际上将与壳体内的气 ^as保持一致。因为位置传麟为了避免湖糧中的體而十分誕磁体安置是有益 的，没有禾拥鋪^4P这一办法它将变得和磁体一样热，并将比壳体内一般气MJS 高出许多，因为到目前为止磁体是仪器中最大的废热源。如果导向表面称或流直与将部分气流引向位置传感器的盖子相连，那么气流将更 加容易被引向位置传感器。如果另一部^流被弓I向安装在外壳盖内的电子仪器，那么皿度实际上将与壳 体内的气，度保持一致。因为安装在外壳中的电子仪器也被安置得相对,磁体， 没有7辨昉式它们也会被磁体加热，它们的鹏将比壳体内的^WS高许多。如果壳体内的磁体罩被安置成使其周边能被气流吹到，那么M31鋪^4卩磁体也变得容易了。如果线圈绕组为了增加十字线结减少圈数，那么当控制磁性推动部件运动时可根 据需要決速改变线圈电流。


我们现在将具体描述本发明的一个实例和一些应用。附图包括:图1带有控制磁体的磁驱动计量泵的截面图；图2位置传感器的部件，图(图1中X部分的放大图)；图3位置控制电路的组件；图4鹏控制电路的组件；图5位置传麟沿轴向的俯视图；图6垂直于位置传麟轴向的侧视图；图7位置传感器阴影区的示意图；图8实际阴影^ 渡区内像素的亮度值；图9位置传離依据几何布置的基线进行领懂的示意图；图10位置分析的插值法；图11用于位置分析的插值法的计算基准的示意图；图12 iH性能与机械冲程长度、操作压力之间的关系图；图13 )ti卩概念的示意图；图14在充注阶段有气蚀，的if43l程波形图； 图15没有气蚀^^的itSJl程波形图；图16冲程长度*細电子方法限定在0.9認时+1"131程波形图;图17控制结束缓冲的itSa程波形图； 图18缓慢计量的计量过程波形图；图19充注P介段有气蚀保护的缓優计量的计Sit动和伴随的磁电流的示意图。
具体实施方式
图1显示了磁驱动计量泵(MD)的纵截面。 一下侧是底板4的壳体1，其具备 ,磁体(上部)以防止热表面l^虫及的肋骨条3。 A^周知，壳体1的上部区域包 含了磁驱动的罩板17。壳体的一面被安装固定于壳体上的壳盖5封闭。在壳盖5的中 心并且与基本上旋转对称的磁体的纵轴18同轴线处， 一个可手动调节的校正部件7被 结合到髓上以调节用来限制推动部件20的轴向移动和隔S媒冲程的冲程M销8。 校正部件7和其他操作元件被罩9所保护。在罩9的下方，制线10或总电线11的 接口。在与對目对的HP!提itl:头12，比如由塑料制成的隔膜13在其中延伸开。计 量头12还有一进口阀14和一出口阀15，用于将i!3ii4口阀14和出口阀15而被带到 位于隔膜13和计量头12之间的计量室16中的itS物，入到itiiiit中。磁驱动计 量泵是定量操作，也就是，每个冲程充入一预定体积，然后iiil出口阀15将其推出。 隔膜13 ilii—振动而被驱动。正如"磁驱动计量泵"这一描述所指出，隔膜13的驱 动是一由旋转对称磁罩板17构成的电磁体，其内部是一旋转对称的磁线圈2。由塑料 组成的旋转对称的线圈载体15构成了该磁线圈2，载体15被由漆包铜线构成的许多 #^且成的绕组29缠绕。比如，磁线圈含有800^^Jlmm线直径的线圈。线圈载体和 绕组被^i也布置并且被绝缘物质、如箔戶/f^色缘。磁罩板17、 一固态旋转对称物体和 截断从磁罩板17到推动部件20的磁力线的M 25 —起包围着推动部件20，该部件 的连接杆19安置在部件中心，且和推动部件20—起可以轴向运动。靠冲程校正销8 的Hi，连接杆19和校正部件7作为可手动调节的冲程校正装置工作。连接杆的另一 端与弹性隔膜13 —起工作。推动部件20被固定在连接杆19朝向冲程M销8的部分 上。隔膜13的中W皮固定在连接杆19朝向计量头12的部分上。连接杆19和推动部 件20被可轴向位移地安装在位于磁罩板17中心的轴套26中。在磁罩板朝向推动部件 20的面24上是一个O形圈21，它吸收由推动部件的内面22撞击磁罩板的相对的内 面24时产生的冲击。此外，在磁罩板的面24内有一ffi^缩弹簧23，例如是—螺旋形弹簧，它安皿朝向推动部件面22的一个洞里，和不，制的磁体一起使推动部件离开磁罩板24的内表面以便在两个面之间形成空隙。磁罩板在朝向冲程te销8的一侧有 磁板25，它被螺纹或加压安装固定到磁罩板并截断从磁罩板到推动部件的磁力线。旋 转对禾離动部件的夕卜表面可另一个轴套27中的磁板25中轴向位移。 一盖子28被固定 在调节装置一侧的磁罩板上以安放冲程校正销8，这个盖子形成为一方面是充^S离 磁罩板和推动部件，这样推动部件的运动就不会数l」妨碍，另一方面可将纖43产生 的气流引向位置传，36。调节装置、冲程校正销和连接杆被同轴线地放置在纵轴18 上。如果磁线圈2被通电，推动部件20向压縮弹簧移动，使空隙变小，同时将隔膜推 入iti室，那将导致在iti室出5imE，比如是一弹簧加载的球阀的出口阀15将打开， 同时将被i憎物赚到i慢管线中。如果磁体接着断电，推动部件受压縮弹簧23如一 螺旋形弹簧作用而沿相反的方向朝冲程校正销8移动，导致与隔膜相连的连接杆19带 动隔膜，同时在i憎室16中出现负压，^A口阀14打开，这样另一批次的被itS物 质就可iftA计量室。ffijl磁驱动装置弓l起的隔膜的交替振动使被计量物质送入到计量 管线中。由连接杆19、推动部件20和隔膜13组成的单元所在的位置由位置传感器36来 检测，来自传繊的信号与位置有一预定的关系，这关系将是例如一种严格的比例关 系。因此来自传驗36的信号一直与可移动单元的部件的位置相关。这个固定点由基 准元件组成，该元件在本例中^ft象的。依据位置传感器的要求，它可以作为一实在 的附加元件被安装，但是它还可賴虫由Ht征微组成，比如如推动部件20之类的所 要求的组件的一ii^^面。在本例中，磁罩板17上固定有一传自载体31 (参见图6中的示例)，它的一侧 载有纵向感光CCD单元32(电耦^置)，同时在相反的一侧载有光源33，如一发光 二极管。固定在磁罩敬七的传，载体31有一中心窗口 34供连接杆19穿过。在连接杆 穿过位置传感器31的部分上固定了一作为阴影供给体35的^t元件。当连接杆19振 动时，阴影供给体35也移动并从接触感光单元32 Jdlil而不^M它。图5显示了轴 向上的俯视情况，从中可以特别的看到，光源33必须设置成可以保证ffil往感光单元 32的路上光束不会被连接杆19打断，这意瞎例如光源33被设置在连接杆19 ;t±或之下，同时感光CCD单元32的线路安排在连接杆19的轴线。在图7中可以特别看 到， 一阴穀皮光源33的阴影衝共体挪到感光单元32上，使该单元被分为已照亮单 元(h)和未照亮单元(d)。因为敏撼光单元的方向平行于长轴18，比如128像素 其覆盖约8mm的距离，并且在过渡区鹏部分脱照亮或处于阴影中，另卩么图8中显示 的过渡位置SV产生了。图8中显示的矩形面的高度表示了像素的亮度。接下里将依 照图IO对一种特殊的方法进行描述，它利用这种逸度位置来精确判断阴影供给体的位 置并进而得到连接杆与隔膜的位置。这禾中由在连接杆一侦啲阴影供给体和在传，载 体一侧正X寸光源的感光CCD组成的测，置被用来测量振动连接杆的实际位置或速度并且禾拥这一信息来实鹏;f描述的功能。使隔膜进行振动的连接杆，其每次冲程的距离对应于机械冲程长度。为了考虑组 装中的变化，感光CCD单元的纵向范围必须稍微的大一些。这基本上是可能被正视的其他位置传ii^的情况。特别如图3和图4戶脱，由传繊和控制装置组成的控制电路需要如下的机械禾口 电子部件。在两副图中的縮写^ 着以下含义Xs滩动部做置的繊直W推动部fH立置的实际值 Xsl:推动部<科立置的偏差 vs:推动部件鹏勺标称值 vI:推动部件速度的实际值 vsI:推动部件速度的偏差 SG:控制器的输出 KSG:校正后的控制器输出IM:磁电流磁驱动的静止部分是由带有磁线圈2的磁罩板17和磁板25组成，磁罩板17和 織反25上各自带有插入的支撑套管26、 27，戶腿支撑套管26、 27用于t雜动部件20 和连接杆19组成的单元。磁驱动的、;输部分的运动是可以被控制的，它包 链接杆 19， i!31该连接杆作为驱动单元的推动部件20和所述隔膜中心30连接起来。恢复弹 簧23在一个工作冲程后使推动部件返回并进行充注。隔膜13的外环被固定安装在计量头12里，被放进隔膜的金属的隔膜中心30使计量头内的隔膜中心表面随着推动部件运动。进口阀14在充注侧附近，出口阀15在计量头的压力侧，并且两个阀各自为 夕卜部的管i系统^i共连接可能性。基准元件朝向i憎头的端点与连接杆19连接，在 此情况下它的位置可ilil工作时不发生接触的位置传感器36检测。如具体实施例所示，基准元件是一板状的阴影供给体35，同时^a传自是类似于光盒的装置，它由如上描述的光源33和一系列感光元件32组成，可不撤虫而ilil阴影,綱光学方法判 断出板35的位置。位置传感器36产生一个与基准元件的位置成比例的实际信号Xl。至 度调节 器，在这个实施例中它是臓一时间微分器37 (dx/dt)并附加产生一与M成比例的 实际信号Vl。其他能够产生与隔MS成比例的信号的方法明显也适用于本控制步骤。 依照控制的类型和计量的要求，制作出位置Xs的标称值38或速度Vs参照的时间分布 图。 一差异比较39得到了如位置偏差&= (xs—Xl)或速度偏差^= (vs—Vl)的差异 荆每结果输入到一PID控制(比例、积分和微分控制)。输出、即控制器输出SG，相 当于驱动的值。为了提高控制器的稳定性，在进一步处理之前， 一位置校正值41考虑 了磁动力的舰使得到一给定的力只需要^*越小的电流这一事实。舰从初始信号 4中减去一位置的成比例部分得至啦置校正值41 。 PID控制器40产生一校正的控制输 出KSG。 一放大器42保持功率7K平并向线圈2供给所要求的电流。与位置相关的电 流校正、从标称值到实际磁电流的转换以及必要时与用来形成速度信号VI的偏转常数 MitH个比例因子k,， k2， k3来决定。选择用于与位置相关的校正的因子k,以使电流 ^1^，尽可能的与磁稳凝寺性相接近；用于放大器的k2 ，^ffi信号偏差的k3这 两个因子可根据实际情^ii出，比如为了使用尺寸在最好的可衛共范围内进行操作。图3显示了用于位置调节器的控制电路，图4显示了当4顿itt控制器时的控制电路。所描述的控制电路^l維置綺尔值Xs或驗綺尔值K依据的预定时间分布图转化 在其可能的控制规贝啲上下文中清楚记载。为位置、鹏働Q鹏粒真实分布图，瓶照以下的描述在这幾作t試中切 换，比如，考虑控制器的功能限制、如控制M可得至啲精度等等。il3^样的控制，磁驱动itS^能，細于预定隔膜的预期速度，同时能被用于控 制被iti物质的有效繊。 *这样隔膜的位置可以被直接控制。这一功能允许在计量过程的选定阶段获取位 置，如需要的话在静止阶段也可以得到位置。与没有控制的操作相比，M31由位置指示器来控制运动，可以响应由生产线上的 统计偏差产生的工作参数变化并将其损害降到最低，而这些变化随着时间过去或者因 为环境上的考虑或者改变、即在产品系列中的统计偏差而出现。因为环境上的考虑或 偏差在时间上会突然出5贼发生。可被弓间的例子是隔膜的刚性或被iti物质的粘性。两者都要求增加磁力以在隔膜表面产生操作压力。3131判断损害的影响 着调节磁电流，那些损害就能被补偿。 一个不能调节的使用预定磁电流的磁计量泵，即使被控 制以保持稳定，臓会受到以上戶腿的影响。此外，与没有控制操作的自发产生的计散程相比，舰位置J际器来控制运动， 可使对接下来将要描述的内部和外部影响作出反应和建立能够利用或避免计量中特殊 水力条件的操作割牛成为可能。如下阮悉的是一个在启动阶段的气蚀f尉户功能的例子。现在开始描述如J^脱类型的磁驱动计觀的个体实例，这种泵有iliffi制和调 节磁线圈电流影响隔膜运动的位置传感器。为了描腿些可能的应用，图14至19显示了誠的计散程的娜图。在每一 个图中，上部曲线Pos显示了按照刻度为0.5mm/^度的隔膜运动，缓冲终止点Epos 在图的上边缘D Pos的上升部分对应着计量冲程，下降部分对应充注冲程。下部曲线iM显示了按照刻度为1A/^1j度的伴随磁电流，零点线iMo位于图的下边缘。尽管、;;^寺别注明，在图14和图15至19中的"Pos"、 " Epos"、 " IM"、和"IM0"都以类似的方式显不o在高粘性物质中避免流量损失调节膜13的鹏，尤其^X寸于高粘性物质(例如卵磷脂)，可以限制在阀门和 其他阻力较大的部位的流量损失。在这样的物质中的高^I会对itS精度产生消极的 影响，因为流体阻力会导致额外的压力下降。另外，如果因为限制速度而使阀门有更 多时间开闭是有好处的。这两个影响能够在高粘性物质中提高计量精度。为了超i泪的，在整titma程中，隔膜鹏被限定于一可选择的最大值。这个 最^IM衣据被计量的实际物质的粘性并且以几个预定数值的形式，例如依据操作者 选择的应用情况皿接设定。气蚀微当物质是容易释放出气体(比如漂白用的氯气)，尤其是在充注阶段，但在计量 冲程阶段也会释放出气体，太高的,会在节流点皿成因蒸汽压的下降而产生气蚀， 这依据被计量物质的化学组戯口，并会导致磨损加剧。可以在充注阶段、即隔膜返回时ffiii调节涼速使絲临界涼速之下以限制流速，从而避免气蚀。3tii控制电路为磁体设定一控制力以抵抗恢复弹簧23的力，将隔MM按照物质'f顿加以限定，如限 制在lmm/50mso比如图14显示了一在400ms的冲程周期、2mm冲程长度和10巴的标称操作压 力下、在充注阶段有气蚀保护的计S31程波形图。图15显示了在同样割牛下在充注阶段没有气蚀保护的itSa程波形图。在图14中的充注阶段过程中，鹏Sil驱动磁腦圈而被限定在约lmm/50ms， 即控制装置避免隔膜被恢复弹簧23以舰设定鹏驱动而快舰回；该图形显示了完 成这一过程的充注阶段的磁电流情况。图15中，磁体在充注阶段没被驱动，这种情况 下此阶段没有磁电流。这会导致非常高的 从而引起气蚀。电子冲程长度调节本发明允许省去调节冲程长度的机械装置(调节部件7和冲程舰销8)。为此， 控制装置被ilil电子方式告知所期望的冲程长度，如由操作者输入。如果期望的冲程 长度被运行，隔膜13到达的位置将被存储并返回到充注阶段。隔膜可以在标称冲程长 jg^指出的^a上稍作停留以使出口阀15筋足的时间关闭，或在运行了标称冲程长 度后立即返回。作为示例，图16显示了一在400ms的冲程周期，10巴的|蘇尔操作压力和0.9111111 电子限定冲程长度下的计量过程波形图。从图中可以看出，隔膜没有完全到达在图上 ii^彖的缓冲终点，而是在行进0.9mm后就停止并开始启动阶段。检测冲程长度的调节控制的位置现有技术的计量泵的操作经常ilil从汽缸有效容积(冲程长度)的设定itt接将 itt冲程计算成H+S^^并显示它，比如用单位为!/h体积流量。对于此功能，需要 知道操作者设定的冲程长度，因为每次冲禾野万计量的fl^只依赖于该值。为此，现有技 术的计量泵的冲程调节装置的位置必须由一分离的传自转换为电子信号并输入到控制系统。 一个实例^lil冲程调节部件上的一,读取器实现。一个可控制运动的计量泵不需要附加的传,，因为它能在冲禾M程中使用机载 的位置传離检测到实际的隔膜路径。舰生成端点位置上的两个位置之间的差，冲 程长度可被直接计算并能用于进一步处理，可在达到机械缓冲后、在运动停止时立即 测量到这两个位置。避躯力峰值现有技术的磁驱动itS泵中，被i慢物质在出口阀打开时被十分ffi3ti也加速，因 为打开过程相对而言是很突然的，并导致了压力峰值。此外，现有技术的磁驱动计量 泵中的隔膜以及被计量物质十分快速iMil减小的空隙，尤其是在冲程运动的最后一 段，这意瞎推动部件强烈撞击缓冲器同时产生高的瞬附髓^E力峰值。所述的运动可控制的磁驱动计量泵能够通过在出口阀打开和达到缓冲终点前的 瞬间有意斷氏速度并在路径的最后一段控制itS推动部件M免这些消极影响。在一 个变型里，也有可能缓冲器没有被撞击，但隔膜运动在达到缓冲器前被有意地短暂停 止。这样，0形环21可被省去或在尺寸上被大大减小。此外，工作噪声也被大大斷氐。作为示例，图17显示了一在400ms的冲程周期，2mm冲程长度和10巴的标称 操作压力下，在缓冲终点有控制撞击的计量过程波形图。从图中可以看出，隔膜 在到达缓冲终点即图的上边缘约0.6mm/50ms前就被减小。避敏载在现有技术的磁驱动计觀中，过载发生在很低的背压下。它的出现是因为在计 量冲程的终点，出口阀没有立即关闭而被itM物质因为一种由于高速和动量相联系产 生的虹吸作用进一步流过计量头，同时进口阀过早开启使得过量的被计量物质iSA到 出口管线。因为过载，没有控制的泵只能!細在敏比如2—3巴的最小操作压力的情 况下，为了确保这一割牛，通常在出口计量管线上安装一保压阀。在运动可控制的磁驱动计量泵中，在到达衝中终点前短暂iM在^Stfi冲程过 程中电子限制隔膜M实际上可以完魏免产生过载的虹吸作用。计量泵的工作范围 就扩展到低操作压力，同时在大多数计量瞎况下保压阀能被省去。在图17中显示的运动有涉及到4寺别低操作压力的例外。 r 缓侵itl:以避免浓度变化因为鹏用中将需要将工艺物质流很好地混合，所以必须尽可離微itt^J质均 匀地分散到工艺中。在运动可控制的磁驱动itl^中，由i憎冲程的重复频率决定的可用时间育,被分配，这样在充注阶段后的残留时间被减少，甚至到只有一瞬间的停止，同时肖,利 用最多的时间用于向前运动。被调整的 从走过的路径(设定冲程长度)和可用的 时间中计算出。可用时间的使用量依据计量要求和7賴卩设计的特性，这需要,因磁驱动几乎不中断工作而持纟封曾加的热量。作为示例，图18显示了一在500ms的冲程周期，2匪冲程长度和10巴的fe^尔 操作压力，缓漫计量模式下，带有缓慢的充注阶段以舰气蚀的i十量过程波形图。从 图中可以看出，旨冲程周期50Qms被调整为超过约250ms的压力冲程阶段和超31^勺 180ms的充注冲程阶段，两者加起立有430ms^^h冲程周期的86X，剩余70ms被 用来分开各运动阶段。一^#别应用也要求有可能在十分长的周期里计量十分小的量，以产生一几乎连 续的计量。因此在现有技术的电动itS泵中使用了如歩驻马达和自锁传动装置。在这 样的计量泵中一个完整的冲程进行时转动速度降低^Mil中间的停止周期将几个步骤 分开，同时在完整冲程的终点又开始一完整(快速)的充注P介段，之后计S31程以所 描述的方式驗。本发明可以舰简单、啦的磁驱动计觀结构来满足这些要求。隔膜13必须 以在冲程路&i:保持十州氏速的控制方式艇行，同时在冲程的终点，齡充注阶段 以正常iIS运行，这样M^沖程周期能几乎完全地被用作压力冲程。速度可以在一个 很宽的范围内，比如从lram/min到lmm/s和超出该范围。在一实例中，细微的静止能被插入到部分运动中，其中隔膜13被保持在固定位 置。这为出口阀15提供了清晰的规定情况，那些M:慢而接近静止的运动不可用的， 而该运动会在出口阀15产生大的应变。当在两个例子中操作压力1^准静态磁力时，热负荷实际上对线性运动形式产生的变化是一样的。另一例子可以^>热负荷，其中如前例的冲程运动被分为小的运动部分，在运动部分之间的静止阶段，隔膜13为了陶氏压力Maayi的关闭出口 i5并同时M^、在静止阶段的磁功率需求而反向运行一小段减载路径。通皿段减载路径量完成部分冲程因此总体而言运行的冲程路径没有改变。相比隔膜的位移路径(随压力变化)，减载路 径必须縮短以防止在部分冲程之间的部分充注阶段被反向运行而降低精度。这些有益 的实例禾咖下戶腿的压力补偿齢工作，作为观糧隔膜的'鄉，这样减载路&就能更 好鹏实际緒。 压力补偿ilitt制运动，控制系统在有磁电流的任何点都处于平衡(即处于稳态)，这些 电流*鈔卜力(与时间有关)覆盖。需要的磁电流由瞬时功率和位于推动部件22的内表面与磁罩板24的内表面之间的空隙产生。 一特征电流lM是在计量冲程中产生，特别如图19所示。例如波形图显示了一个被分为2mm的冲程长度且标称操作压力为10ba的超过2.0秒的冲程的电流。 在冲程的终点，为了防止气蚀而减侵充注阶段，但这些对于以下描述的观测并不重要。 图的时间比例反映了缓漫的冲程。下部曲线IM开始时显示了到隔膜13开^M动为止电流的一相对较決的增长。在 一短暂的上下波动后，电流就一直增加直到达到最大值。从这一点开始，电流在剩下 的路径中以实际上线性的方式下降直到，暖冲的终点Epos。在充注阶段，更多的电 流防止隔膜太快反向运动以避免气蚀。从这HffBl程中可得到以下结论-电流刚开始的快iti:升(在图中从0至80ms)是由磁线圈2的电感动作和控制 装置的速度引起的，在时间零点该线圈不能有电流变化，而控制装置的速度在开始时 就必须调整到适于要求的运动。增长的电流加大了磁力直到夕卜力被克服和推动部件20 与隔膜13—起开$腺动。在这个阶段，磁场被^Z^来。-在开始的控制调节之后电流几乎线'肚升到实际上的最大电流(在图中从80至 400ms)，这增加了功率要求，因为为得到恒力和减少空隙必须斷氐磁电流。在这个阶 段，计量室16和出口阅15 4M关闭，内压i^卖上升，其中隔膜13运用增长的力鄉 性〃 。在这个过程中，隔膜中心30移动到计量室16中，增加压力，同时隔膜13的 弹性可弯曲部分在压力下也同等程度的反作用于隔膜中心的运动。隔膜本身发生变形， 同时实际上总的来说没有变形发生，因为这时两个阀门是关闭的而被itl:物质事实上 也是不能MH縮的。在这个阶段的终点，皿相当于外部操作压力。被横断的路径与 隔膜变形、即it4开始时的死区相对应，并且实际i^t计量没有贡献。实际位置被储存并在接下来的itl31程中作为湖糧的'鄉加以考虑(在例子中，死区是0,3mm)-在平衡点，压力侧的出口阀15打开。隔膜13上的压力实际上和外部压力相等并 不再上升，导致^f除空隙的减小和延纟躯动变为遊卖运动(在图中从40Qms开始) 的同时磁电流产生一恒力。因为当使用所描述的工艺时被计量物质的流速保持在小到 可以忽略，也没有压力变化发生，因此电流分布图再次反映磁力(见图19)。-在超i评衡和开启出口阀15后，磁电流不再和i^f 描述的隔膜变形的测量结果 有关。举例来说，在测量隔膜变形时， 一线性向前的运动最初可Mil^il度的标称值 进行控制，该值为观糧电流最大值而进行了优化，同时在得到和存储隔膜' 量后立 即被切换到一偏移的运动路径，该路径符合所描述的功能的要求之一。举例来说，在 冲程的开始，在一相对短时间周期里测量隔膜变形，然后实际的计量冲程可以在剩余 可利用的时间里以缓慢itS的形式进行。ii31E测磁电流来测量隔膨鄉现在可，細来作为ffi冲程长度HL的基础并可 用来计算运行的隔膜路径。为此，当电箭Ji到最大值时的点被作为计量的实际起始点， 从此，所期望的冲程长度被运行并且在ffiia动部件20撞击磁罩板24的内表面而在 机械停止缓冲之前结束。对于工作压力小于标称压力，隔膜'娜变小同时推动部件可 能的机械路径的最后部分也不被使用，也就是说，空隙没有完全关闭。隔臉，尤其依赖材料'M并会因为老^^生产中的差异而改变。因为隔膨 的校正不是使用来自模块参数的预定值而是使用所得到的每次冲程更新过的实际条 件，所以这两方面也被考虑在内。磁电流可被获得，但这不是真正需要的。因为放大器42使用因子k2将校正后的 控制输出KSG以磁电流的形式转换为磁线圈电流IM，校正后的控制输出KSG育旨作为 磁电流的反映被直接^顿，在不要对控制系统的信号进行更多观懂的^(牛下这能被用 舰一步处理。部分冲程操作精度的提高以隔膜的弹性为基础，ffiiM观嵫电箭沬判断隔臉鄉的如J^脱的过程也使得 在部分冲程操作中精度得到提高。在现有技术的磁驱动计量泵中，讨量不是唯一取决于压力，而且也看与机械冲程 长度没有严格比例关系的部分冲程割牛。此外，？^f呈仅在启动的死区后，从隔膜'，iiii」最大值这点起，有效itl:才开始。如果显示了计量分布图是机械冲程长度的函数这一稳斜寺征出现，另P么可得到仅仅显示在最小冲程长度之后的真实工作情况的线性 上升曲线，且这些最小冲程长度与死区XT,， XTC， Xl3， ...XTn相对应(见图12)。因为 最小冲程长度与隔膜变形相对应，因此它也取决于操作压力P，P2， p3，…Pn。在稳繊征中轮换X，， Xl2， Xt3，…XTn意瞎是在现有技术中，在真实的工作条 件下，即在电流冲程长度实际上发生变化的范围内进行了校正，因为用电流和新冲程 长度按比例进行计算不能保证fH十量效果的精度。女口果如上戶脱的隔臉 |皮补偿，那么在部分冲禾红作模式中的比例體就能被 消除，计觀实际上也就能在比如从20%到100^的齡冲程j顿范围内工作，不再 进行现有技术直到现在还需要的再校准，比如为了确保特殊的计量精度，要求冲程长度的调fflil 10%。使用电子尺寸、电子压力限定、探测过压^j古计工作压力舰制定隔M^用材料的性能值，i^t隔膜'娜的测量可允许得到关于操作压力的足够精确的结论，从而执行如下爿;M的附加功能。现有技术中不能调节的磁驱动计觀有一个基本属性，就是由驱动磁体产生的力 在计穀行期间舰减小空隙而快速增加。测量磁电流以保证在起始点、即有一大空 隙时，用于产生标称工作压力的力是足够的。在冲程终点，多倍的这种力 用。这 会导致在管线有缺陷时、如偶然关闭阻断部件时，如果泵为部分冲程运行一减少的冲程长度，此时泵产生的压力^^iiit大工作压力。在舰位置传感起和调节隔膜运动的方式控制隔膜运动的磁驱动i憎泵中，推动 部件的位置和乘l」余空隙的长度一鼓己知的。和已知的电流、力、路径和驱动磁体的 稳态特性一起，有可能将计量冲程期间控制装訓来驱动磁铁的最大电流与实际的隔 膜位置动态地相匹配，从而在齡路&l将所得到的最的力限制在一个s^恒定的值。 因此产生的最大压力更加精确并3拉于设定的冲程长度，这样在许多例子中1顿的附 加压力限制斜牛可被省去。本发明的这一应用也可使计量泵的控制系统通过测量去保证得到有关超压的信 息成为可能，这样有可能不必了解外部剝牛而对这种情况作出反应，如产生警报和/或 停歧。 (附兑功能的精确性依錢本材料属性的再现性，首先是隔膜。该精确性可以ilii 在生产阶段或在实际应用中ilil一次性校正加以提高，在校正中计量泵在己知压力下 被驱动，然后这一己知压力和隔膜变形间的关系形成了用，一^i十算的基础。如上所述的示位器和控制系统的各种可能性显示了通过使用安置在例如连接杆 或推动部件上的位置传感器，隔膜的真实位置在整个冲程和充注过程中可被判断和检 测。粒位置并进行检测导致可舰湖懂实际值的方式赚确控制过程并产生描述的 效果。磁体和其他部件的糊对比现有技术的磁驱动计量泵，在特殊的工作模式、比如磁线圈2中长时间的持续电流工作的缓慢计量模式中，会导致高的多的热损失。特别是当安装在一个塑料壳中，将热导出的问题出现了。在典型的使用方式中，磁驱动iti^^常被安装在一个喷7W呆护的塑料壳里以使其对腐蚀性化学品不敏感。在这些例子中，在受控磁驱动计觀中，必须保证以将热量弓l导ffiil壳壁并不交换空气的方式进行^4卩。在现有技术的磁驱动计觀中，磁4^皮安置在壳1中，因此磁罩板17在热传导 中将尽可能多的上表面的与壳1相接触，这种撤虫可舰比如在制造该壳时在磁体周 围插入的方式加以&ffl。靠从磁罩板17到壳1内壁的表面可进行局部散热。来自磁体 的其余部分热量和来自其他部件的热量扩散到壳内的空隙中，并使壳内温度升高。这^^fiiim流被送到壳内壁，并和来自磁体直接耦合的部分热量一起,Aitk开^ffiil壳壁并最终iim涼LiA彭卜壁扩散到周围空气中。因为只ffiil^流多次传3tfi磁罩板 17和壳1之间的热撤虫通常不良，比如由于塑料壳的边缘加工的不好等等，在现有技术没有控制的操作中，磁体变得十分烫，驢旨鹏过i(xrc。在磁体上部区域的壳外壁特别热，为防ihM摸通常装有肋条，其中在总面积里只有一小部分、即肋骨脊柱上 部分可被触摸。因为触摸壳肋条3与触摸一光滑表面相比传递少的多的热量到皿， 所以壳的皿显得低很多。肋条也形成相对小的空气流道并阻碍对流，以lW壳散热 产生不利影响，导致表面禾呐 $的升高。在本发明的磁驱动itS泵中，因为以上歹咄的问题和缓慢的冲程模式，只OT那 些使用至今的散热结构是不够的。需要更有效的散热方式，如3I31风扇弓I导内部空气;完成。图13展示了更为详细的m卩概念。比如在壳l的上部，磁#1皮几个、在这个例子中^H^i^銜牛50固定在中间，因此在尽可能多的圆周上磁罩板17和表面与壳体 1之间有至少5—10mm的小间距。在壳的底部是电子控制系统44和风扇43，因此风 扇产生循环气流47吹过磁罩板17和机载的将被编码的电子模块45。如下所述，自 43可以^iiffl于电子控制系统44的一个模块或是在壳1中斜虫的一个模块。当然， 风扇可以被设置在其他地方，重要的是空气流动确保热量被带走，因为热量以尽可能 平均的方式被带到壳内壁瓶着被散去。另夕卜也应该注意到赚在舒卜部并密封。连接件50的布置以及位于磁，17和壳1之间的空间形成了一个或多个流道， 该流道使气流47尽可能有效地箭过磁体的^^面和壳内壁的所有部分。在本例中， 与单纯的对流相比，来自磁体的热量被更有效的散发到内部空气中，同时强烈的紊流 也将其传递到壳1的壁上。&4重要的是，与现有技术的构造相比，不仅仅是和磁体 接触的壳体区域被加热，而且应用本发明意歸壳体的齡面积被均匀加热从而对将 热散发到周围的空气中作出贡献。因此在壳表面可避免出现十分热的区域，比如尤其 是现有技术的泵中在磁体上方的位置，这样为M^触摸面积的織条3也能被省去。 壳体的散热得到很大的改善，与麵条3有关的对流问题也消失了 。M:描述的详细例子中，设置了盖子28用来将部^流47引导到位置传感器36 同时这部^H流被进一步弓I到一个或多个出口孔46。因为位置传繊36誕(热) 磁体安装，它承受特别高的温度。在现有技术中的被动^4卩方式下，因为低下的散热 能力，磁術皮加热到很高，號同时位置传^H皮假定为和磁体表面近似的驢。1顿 本发明的直接气流7辨昉式意歸位置传繊36的離保持与内部气温舰，以此特 别当安置了连接杆31时，应当注意传麟元件(CCD接收器32和光源33)和磁体的 金属部分之间保持充足的热隔离。当然这也可用于fii可安置在壳盖5上的电子元件6。 其也可以M31盖上的直流气流49进行7转卩。位置传繊如已经讨i做的，在描述的例子中用于示位器的難元件是"在延伸的雜杆20 上的阴影供给体35，用来检测位置，它的阴影被投射到CCD (电耦^a)单元32 的线路上。在例子中描述的更为具体的，用来检测位置的已欽活传SH元件在推动部 ^抖旨向计量头的一端。光源33是一LED，光学接收器是一带有CCD单元32的电子 模块，在本例中它安装在一中间部分、即传S^体31上。在传繊载体31上安装位置传感器36使#^^过程中可将它作为一个独立的模±央处理，并可以比如离开最终构iti也而预先组装和测试。此外，戶i述的對以于光盒的布置组成了一无接触、无磨损的传離。对于基本功能，传感器的位置并不重要，该位置可由如空间、安額顷序等构M的考虑来决定。itWh这里所描述的部分作为被固定安装的(光源33、接收器32)和 与连接杆一起移动的(阴影供给体35)部件能改变功能。在本例中，CCD模±央32被含有一微处理器并产鈔万需控制信号的计算单元所控 制。计算单元也旨纵一DSP (数字信号处理器)或离,术中产生以替代微处理器。招可元件都能被用作光源33，只要它能产生一足够狭窄的光点。和图7戶标的几 何图形一起，该宽度决定了阴影区域SV (也见图8)。光源33也能由几个元件或一线源组成，同时产生阴影SV以满足特殊的需求。一个例子是产生高^a不影响运动方向上的f娘。CCD线32是线性布置的Ml^fc学接收器(以下称像素)，它们以几微米的间距 规贝鹏夂列。比如这是128像素64^t在约8mm的总^d:分列着，即M二128， R=64 um。计算单元产生的控制信号设定照明时间并将餘储用于之后的处理，在该照明时 间CCD线32的M像素将入射光线集成进CCD模块中的一放大器中。这种ft^仅 发生在照明期间，也发生在旨像素的感光表面。在照明后，像素的亮度值作为来自 CCD模块的模拟值接着被更多的控制信号读取并被计算单元得到。在最简单的例子中，照明和读取^S值交替发生。 一些商用的CCD线路构造也 有可能同时进行这两个禾ii ，其中它们储存积分后的照明测量结果并为下一次测量立 即释放积分器。&照明阶段为接下来的禾聘同时输出测量结果肖,高测*!]叟。图8中的图形显示了在实例中受影响的像素区域的实际阴影的累计離值H。在 本例中，阴影区域SV从弁60延伸到弁63。作为一种简单的imfiif，比如一判断下限Hv (在图8中以短划线,)被设 定在最高亮度的一半，同时寻找在阴影区域内哪个像素亮度值H是第一个低于下限 Hv的；在例子中是像素弁62。在其他例子中，離可以是相反的方向，絲照穀lj已照亮CCD单元像素号码增加；这取决于光源33、 CCD模±央32和阴影供给体元件35的布置以及舰的CCD 模块的内部组成。在本例中，第一个^M过下限值的像素被找出。在照明、读取和处SH个P介段之后，就产生了位置值。三个阶段的总时间决定了 得到位置值的频率。测量的角被是CCD单元的像素间距R ffiil几何关系A进行校正， 该关系由单个组分间的安鄉巨离给出。几何关系A (见图9)A=s，/s=X3/x2其中s^阴影供给体的实P^动 s' 二阴影供给 CCD平面里的投影运动 x产阴影供给体和光源间的距离 x3=CCD平面和光源间的距离这个禾，决定了通过计算像素得到的位置，并且是一个数字化禾S^。与模拟禾Mi 相比，线性参数、如模i央灵敏度的偏差和波动实际上对结果没有影响。如果用实际值 决定几何关系A，那么装配中的变化也只有小的影响。在一实际例子中X产21mn^X2 =20mm，得到比例A的标称值为1.05，即阴影供给体35的运动由H^巨离在CCD 单元32的平面里的阴影区域SV内产生1.05倍的更高转换。假设一 X3的装配变化因 子，即从光源33到0:0单元32的距离的可能变化是±0.3111111，且装配的公差范围上 端是乂3=21.3111111和乂2=20111111，那么这个例子中的几何关系A是1.065。例子中的几 何关系的改变为1.065/1.05=1.014，或+1.4%。这个偏差i!31—^4虫校正能轻易的被消 除，比如在审糙中。3!il像素距离在几何上的精度可以几乎毫无疑问地确定线性，偏 差也就小到趋近于零。尽管以上戶腿测定阴影供给体35和隔膜13的位置的方式已经提供了十分准确和 线性的位置值，插值法能^f共一更为精确的位置测法。在这扩展的执行过程中，估计 像素的亮度H产生了一位置结果，如在像素61和62之间(见图IO)，它比像素间距 R精细，Sltk像素的亮度值在判断下限的区域内被插值。其目的是判断M分布图和 判断下限Hv的交叉位置并ilil虚拟的皿刻度给交差点一个值，该X值自应了准确 的像素号码的像素间。 s为此，在判断下限HV的左侧和右侧寻找两个像素并判断从下限开始的離值的 距离AH。如图10或11所示AH^H广Hv从每两个相邻像素(在本例中是像素井61和#62)的中心轴计算出的距离AX与 像素到交差点的宽度成倍数关系，当像素井61在交差点左边时(左邻像素)和，巨 离AH—起组成了下列关系当(Ax,+Axr"l (l像素宽度)， 那么Ax ,:AHi/(AH!+AH)当根据在找至啲體点右边的像素#62 (右邻像素)时，接下来的关系包括 Ax /(Ax i+Ax r)= AH/(AH汁AH) 当(Ax,+Axr户l (l像素宽度)， 那么Ax r=AH/(AH,+AH^在本例中，交差点的值为61.7。如果在插值区域的皿激盾一个理想的直线，那 么两个计算会产生相同的结果，因此原则上两者之一能被进行。然而，进行两^i十算 并对结果取平均值能将觀降至最小，这^m是由于4顿了在过渡区跡完全笔直 的，分布图或由于测量中不可避免的^M而产生的。在其他例子中，體点两城照亮和已照亮CCD单元的情况可lsa换，这样， 左边和右边f际器适当地交换它们的功能同时插值等式也必须粒改变。此外，在其他可能的例子中，皿两个像素的M值被使用。通过多倍的计算和 对几个结果取平均值可以决定位置。在其他可能的实施中，也可使用一不同于这里讨 论的线性插值法，来自除了直接相邻的像素点的 进行插值的方法。线性参数的偏差和变化如模块灵驗只在插值区鄉结果产生影响。由阴影供给 体投f^ CCD平面上的l^所产生的在阴影过渡区域的亮度分布图的斜率重要性较 小，因为插值法受其影响较小；只有亮度分布图的统^) 值法的精度十分重要。独立于以上戶，的插值法，^z:在戶，的基本原理之上，更多用于提高传 性能的方法可被^ffi，这些方法如下戶皿 'Mii31滤改難干扰ii3iil滤可以改善传感器的抗干扰。过滤可被应用于像素的亮度值和位置判断结 果本身。在第一种情况，用此方法处理几个像素a次传递的平均值的亮度值，在第 二中情况，几个初始决定的位置结果被收 —起得到一推断出的位置值并被用于进 一步的处理。装配中变化的补偿在所限定的阶段、如在实际itM冲程之前的静止阶段，这个阶段的位置值可被决 定并存储在一个参考记忆体中。在活跃的运动阶段，相对于以前决定的参考值的位置 值被进行处理。禾*允许在其他位置上的装@￡±的变化在生产期间产生同时操作中的 偏差、如热膨胀被自动补偿以提高精度。补偿比例^i^在进一步的替换方案中，两个或更多已知的基衝體能l細作决定位置传繊的 刻度。这可在生产阶段離测阶段一次完戯在操作阶隨复进行。在第一中情况，参考位置由外部设备ili共，如间距位置或外部测量仪器。从这些 参考位置的位置值测量和对参考位置的实际位置的认识，可以决定一位置传 刻度 的校正值并将其储存用，一步处理。在第二种重复比例判断的情况，已知的位置，如* 缓冲器棘自其他可利用装 置的参考信号对决定位置是必需的。如果隔鹏工作时处于一个这样的已矢啦置，从 这个位置领幌的位置值就能产生一位置传繊亥岐的校正值，并将其储存用于进一步 处理。光学灵icS参数的补偿在进一步的例子中，完全被照亮的像素的亮度值被用于提供一光照强度的代表 值。为此， 一适当组的像素可被用来Jlf共一平均值。光照3驢可l細来控制照明以使 可禾佣范围被最优1顿；辨崃说，控制光源的亮度或工作时间以使被完全被照亮的 像素的光照弓MB^t低于CCD模块的完全曝光极限。光源的工作时间ilil变更开/关 比例加以控制。在每次测量中，，预先得到的比例对光照^8进行校正以使照明参 数的fti可偏差、比如老化被去除。污点和像素偏差的补偿，一步的例子中，构造传感器的机械结构使^^f限定的阶段、如在实际计量冲 程之前的静止阶段，完全工作的像素范围或其中的大部分可被照亮。比如一可能的例子是使用朝向磁体的阴影供给体的阴影供纟^i缘来估计，为此在冲程运动期间阴影供 给体扫描过传S^荆吏CCD单元中在前一静止^S被照亮的区i或变黑。在这个阶段，所有相关像素的，值被确定并单独存储在一参考记忆体中。单个像素的测量值和理 想值之间的偏差以校正的形式被补偿。在活跃的运动阶段，齡像素的亮度值首先被KlE射妾着仅仅使用预先得到的参考值为每次测iia行进一步的校正。依靠这^H1程，由制皿程和一定程度上因为污点而带来单个像素灵敏度的偏差被补偿，操作的可靠 性離度被提高。当然，CCD接收单元也可被安置成两排或多排以提高安全性以防止因为冗余比如因为污染而弓胞的,丢失^ffiil取平均值提高领懂的精度。对^f寺别大的冲程长度的情况下，当Sa单排的功能极限时两排或多排CCD被合并用来扩展单排的测量范 围匹配磁输出和热输出为了禾佣控制运动的磁驱动itS泵的优点，尤其是减侵恒定运动，必须特别考虑 磁输出和已经在前面描述过的通过壳内风扇的主动冷却方式。(见"磁体和其他部件 的冷却"部分)当在控制运定操作下对操作没有修正时，在磁驱动itl:泵中依据原则的M!r出通 常只适用于一个狭窄的范围。为了在更广的范围内使控制成为可能，會,对机械部件 的运动作出反应^i、不可少的，即〗赃最坏的情况下即纖出改变的非常鹏。然而，在现有技术的结构中，磁线圈2过高的感应率会产生阻碍，因此在磁电流IM下在20—50ms之后仅超鹏称值。选择这1通输出以使与绕组29 ( 电阻， 感应率)的电压和阻抗一起提供近似的期望电流。在此简单例子中，M5^合机械供应 电压来衝共电流，可能减去一公差；在控制电流的例子中，选择尺寸以使电流能保证 最小的期待电源电压和控制线路预设值限定的最高电压。如果磁体适于控制运动，另，么必须选择一数量小得多的绕组以使磁电流在最短的 时间内被影响。当使用的绕组空隙均匀时，绕组数的减少因子(N)对阻抗和感应率 有一乘方的影响，会在不改变电压的剝牛下以NZ的比例使电^Q:升。如磁功率这样的功率要求以比例N上升，那么总的来说超lj工作电流的时间以因子N ^>。在接下来的例子中将详细解释。简单的说，我们假设一近似线性的电^Lh升，也 就是说是磁线圈2的纯粹感应行为。 一现有技术的磁线圈因其阻抗而能以0.1A/ms的 升高磁电流。在应用电压之后2A的所需操作电流在20ms之后超lj。如果操作电 流在一半时间(10ms) ^1」，绕组数被减半且电线的横截面积可以加倍，也就是说， 电线直径以2的平方根的因子增加；感应率和绕组电阻以因子4下降，电压不变的情 况下电^Lh升时间上升至(J0.4A/ms。工作电流翻倍到4A并在原时间一半时超(Kl0ms)。控制能力可被特辦,于减漫自然运动。这将磁电流IM扩展到几乎遊卖工作因此 也提高了每次冲程的能量损失。依据实S^f描述的功能，能显著提高散热。依靠增加的程度，需要利用变宽的标aia行热设计，改变机W^皿高散热可能。已增加且持续时间更长的磁体工作电流lM必须Sil在控制电子装置44中^ffi更大的模i央而被考虑o使用位置传感器和控制隔膜运动来改善流体特性并拓宽磁驱动计量泵的应用领 域必须满^M济因素，不会导致产生重新设计磁驱动计量泵的所有模块的需要。应当 注意大量4細已知模块。这也同样适用于机载模块，它的结构应该保证在不能控制的 磁驱动泵中已经4顿的部分也能l細于可控制磁驱动泵。参考数字列表1外壳2磁化线圈3外壳肋条4底板外髓6外壳盖里的电子设备"7调节部件8冲程调节销9盖子10控制线11齿轮(皿齿轮)12itS头13隔膜14进口阀15出口阀16iti室17磁罩板18纵轴19连接杆20推动部件21o形环22推动部件内表面23压縮弹簧(恢复弹簧)24磁罩板内表面2526压力头侧的轴套27推动部件侧的轴套28 盖子29线圈绕组30隔膜中心31传繊载体32接收器，CCD模块33光源34开口35作为参考元件的阴影供给体36位置传繊37微分器38设定标称值39比较标称值和真实值40 PID调整41位置校正42放大器43鋪44电子控制设备 45电子电源模块 46气流出口孔 47风扇气流48倒立置传,的部分气流 49供壳盖内电子设备的部分气流 50连樹牛 51线圈载体SV阴影分布图 h被照亮区域 d黑暗区域#58...#65 CCD单元(像素) H像素^gHv比较下限(VS)的皿H,和VS交叉的点左边像素的離(左手侧邻像素) 左侧邻像素離和比较下限離间的差异Hr和VS交叉的点右边像素的亮度(右手侧邻像素)Ali右侧邻像素亮度和比较下限亮度间的差异Ax,左侧邻像素中线到与VS交叉的点的位置间隔 右侧邻像素中线到与VS效的点的位置间隔X|阴影供给体与CCD平面间的距离x2阴影供给体与光源间的距离x3 CCD平面与光源间的距离p,工作压力p,P2工作压力P2 P3工作压力P3 p4工作压力P4 XT1工作压力R下的死区 XTC工作压力P2下的死区 XT3工作压力P3下的死区 XT4工作压力P4下的死区 S阴影供给体的实际运动 S'阴影供给体的投影运动 D计量性能HL tOM冲程长度SG控制器输出KSG校正后的控制器输出用于与位置相关的位置电流M的因子 k2性冑激大器的因子k3速度信号偏差的因子桥二4n^f7 /M" AV班iV^二:f/^汰 Xg3 tt J邵'ITUA旦卩、J1'小T小l且Xl推动部#|立置的实际值推动部件位置的偏差控制XS推动部件鄉的标称值v,推动部件tt的实际值Vsl推动部件速度的偏差控制Pos图中的位置信号EPos图中缓冲终点的位置信号IM 磁电流IM。图中磁电流零点位置信号
权利要求
1. 一种磁驱动计量泵，其中一固定在一连接杆上可移动的推动部件可在一锚固在一泵壳内的磁罩板内的纵轴上轴向移动，从而在通电以驱动(开动)磁化线圈后，推动部件和连接杆克服恢复弹簧的力而被拉进磁罩板，减少空隙而进入到磁罩板里的一孔中，并在磁体停止之后通过恢复弹簧使推动部件返回到起始位置，从而在磁化线圈持续启动和停止下，推动部件和一弹性位移部件被驱动从而进行振动，其中隔膜交替的与一出口阀和一进口阀配合，在一安置在纵轴方向上的计量头内产生一泵冲程(压力冲程)和一充注冲程，其特征在于，一基准部件(35)与推动部件(20)和连接杆(19)所组成的模块连在一起，用一位置传感器探测该基准部件的位置，其中位置传感器(36)提供一与基准部件的位置存在固定关系的实际信号(X1)，且由推动部件和连接杆组成的单元的运动由一控制电路来控制精度以使其符合一预定的标称图(38)。
2、 如权利要求1的磁驱动itS^，其特征在于，位置传感器(36)按照，摸 原则探测基准部件(35)的^S。
3、如权利要求1的磁驱动itS^，其特征在于与连接杆(19)和^g传感器(36) 相连的基准部件(35)在计量头的外面。
4、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计量泵，其特征在于，基准部件(35) 影响光源(33)的路径和与其协同工作的位置传，(36)，该传感器固定在磁罩板内， 以光感应的方式工作。
5、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计量泵，其特征在于，基准部件(35) 是一阴影供给体或一产生阴影的外形部分，安置在磁罩^±的位置传感器(36)由以 形式为一系歹憾光电耦^S (CCD)的光学接收器(32)组成。
6、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计量泵，其特征在于位置传感器(36) 被安置在与磁罩板相固定的其自身的传,载体上。
7、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计量泵，辦征在于光源(33)，阴影供 给体或一产生阴影的外形部分(35)以及接收器(32)组成了一个类似于光盒的装置 且测量值被遊卖或间歇地输入电子控制系统。
8、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计 ，其牛寺征在于位置传 (36) 的光学接收器(32)由许多线性设置的接受体(像素)、较佳的是128个像素组成。
9、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计量泵，其特征在于，光源(33)是一 发光二极管(LED)，其安置在位置传感器(36)的光学接收器(32)的对面使得它的 光束指向接收器而不被连接杆(19)打断。
10、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计量泵，其特征在于，位置传感器 (36)的初始值由对阴影逾度区域的大量像素的離值进行插值得到。
11、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计，，其特征在于，当处理位置传 感器(36)的信号时4顿过滤。
12、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计S^，，征在于，ilil基准存储 器消除位置传，(36)的零点fg。
13、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计觀，^#征在于，舰一个或多 个基准位置消除位置传繊(36)的亥岐體。
14、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计觀，辦征在于，il^顿得到 的像素亮度《tt控制或调皿源(33)，以补偿位置传感器(36)的照明偏差。
15、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动iti泵，其特征在于，通过为^M象 素的敏感度^ffl基准存储器来补偿光学接收器(32)的单个像素间的，偏差。
16、 如一个或多个以上权禾腰求的磁驱动计觀，辦征在于，读自位置传感 器(36)的信号(Xl)在一控制装置中被进一步处理并和标称值(38)比较，其中控 制装置影响磁化线圈(2)的电流(IM)以对运动进行校正。
17、 如权利要求16所述的磁驱动it4^，其特征在于，控制装置M31改变线 圈电流(以下称Im)的方式交替影响推动部件(19)或隔膜(13)的位置(以下称)d)、 鹏(以下称v。鄉鹏。
18、 如权利要求16戶腿的磁驱动计觀，赚征在于，在充注阶段种m力 阶段，为了抵消由抗流动性、如气蚀的发生弓l起的压力下降，控制装置能有意降低推 动部件(20)的力。
19、 如权利要求16所述的磁驱动计量泵，，征在于，期望的冲程长度M3！ 一算子被传到控制體，JM31电子方式控制磁腦圈(2)来用控制装置雜动部件(20)的运动限伟倒要执行的冲程长度。
20、 如权禾腰求16戶腿的磁驱动计觀，K^寺征在于，冲程被调整到的值是 由位置传感器(36)在计S31程中的测量结果所直接决定的。
21、 如权利要求16所述的磁驱动计皿，其特征在于，控制^fi在压力阶段 的起点和/或终点限制推动部件(20)的vp也就是说，在运动的第一个或最后一个三 分之1分，ffi3ie制磁化线圈(2)使由于计量物质^31的快速改变或强烈撞击 缓冲器而弓l起的压力峰值被避免。
22、 如权利要求16所述的磁驱动计，，其特征在于，在压力阶段的终点通 ，制磁化线圈(2)控制装置限制推动部件(20)的、使在低背压下皿的影响被 避免。
23、 如权利要求16所述的磁驱动计量泵，其特征在于，控制装置在压力阶段 i!31以计量冲程的重复率所决定的时间来驱动驱动电机(2)，以分配推动部件(20) 向前的运动，从而即使在计量冲程十分墁的情况下、如几6H中也可使itl:物质尽可能 均匀地分散。
24、 如权利要求23所述的磁驱动计量泵，，征在于，当几乎ii^卖iti操作 时，也就是说在启动和下"H十量冲程之间实质上没有停顿的情况下，控制装置将冲程 运动变为一种减小了冲程长度和提高了冲程频率，在计量冲程中几乎保持隔EiM的 操作，其产生期望的计量性能，并在推动部件(20)被恢复弹簧(23)完全推至 的机械(停止)缓冲器或冲程调节销(8)之前mil控制磁化线圈(2)终止充注，以 使推动部件的移动仅发生在空隙和磁电流(IM)要求小的冲程路径区域。
25、 如权利要求16所述的磁驱动iti泵，，征在于，在推动部件(20)受 控的向前运动的开始阶段，控制装置本身或另一控制单^见测磁电流(IM)，从中推测 力并决定出口阀(15)的开启，在lfcbH测的帮助下测量由隔膜(13)弹性变形引起的 死区，并依据决定了的隔膜变形ffiil有意终止冲程运动来影响实际冲程路径，以使由 隔膜变形(与冲程或计量術只有关)弓胞的體被消除并且充分降低计SS对背压的 繊性。
26、 如权利要求16戶脱的磁驱动计觀，^t寺征在于当在减小冲程t試工作 时，控制装置在控制推动部件(20)向前运动期间ffia有意终止冲程运动3拉于因为隔膜(13)的弹性变形弓l起的观懂死区影响运行的实际冲程路径，以使由隔膜变形引 起的误差被消除并且充分改善itfti对设定的冲程长度百分比的缘性1^性。
27、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计量泵，其特征在于，在推动部件 (20)向前运动期间，控制装置观糧因为隔膜(13)的弹性变形弓胞的测量死区，且从戶脱观糧的死区中可估计操作压力并当超过一给定的压力最大值时，调整计量以避 ^iS—步的压力上升。
28、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计，，^#征在于，包括了冷却磁 体和电子设备(6， 44)的磁驱动计量泵壳的内部被H嘲。
29、 如权利要求28戶腿的磁驱动计觀，辦征在于为了辨呐部和安置在 其中的组件，安置^n流被弓l导而围绕磁罩板(17)的壁柳或线圈绕组(29)以及磁 驱动计量泵的壳(1)内壁和其它组件的风扇。
30、 如权利要求28所述的磁驱动计量泵，其,寺征在于为了冷却位置传感器 (36)，部分气流(48)被引向其上。
31、 如权利要求30所述的磁驱动计量泵，皿征在于与冲程盖(28)相连的 传导表面和/^^l道将部分气流(48)引导至位置传感器(36)上。
32、 如权利要求29所述的磁驱动itS泵，，征在于另一部^n流(49)被 引至安置在壳盖(5)内的电子设备(6)上。
33、 如权利要求28所述的磁驱动计量泵，其特征在于磁罩板(17)被安置在 壳(1)内以使它的周围有冷却用的气流环绕。
34、 如一个或多个以上权利要求的磁驱动计觀，^m正在于线圈绕组(29) ^m数MiK电线横截面积增加。
全文摘要
一种磁驱动计量泵，其中一固定在一连接杆上可移动的推动部件可在一锚固在一泵壳内的磁罩板内的纵轴上轴向移动，从而在通电以驱动(开动)磁化线圈后，推动部件和连接杆克服恢复弹簧的力而被拉进磁罩板，减少空隙而进入到磁罩板里的一孔中，并在磁体停止之后通过恢复弹簧使推动部件返回到起始位置，从而在磁化线圈持续启动和停止下，推动部件和一弹性位移部件被驱动从而进行振动，其中隔膜交替的与一出口阀和一进口阀配合，在一安置在纵轴方向上的计量头内产生一泵冲程(压力冲程)和一充注冲程。在这样的一种磁驱动计量泵中，一基准部件与推动部件和连接杆所组成的模块连在一起，用一位置传感器探测该基准部件的位置，其中位置传感器提供一与基准部件的位置存在固定关系的实际信号，且由推动部件和连接杆组成的单元的运动由一控制电路来控制精度以使其符合一预定的标称图。
文档编号F04B43/02GK101245776SQ20071010163
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月16日 优先权日2007年2月16日
发明者D·A·霍勒, T·弗雷登伯格 申请人:卓越剂量技术有限公司