Дозатор жидкости

(71 Научно-производственное объединенби логического приборостроения АН СССи нститут биохимии и физиологии микрор анизмов АН СССР(5 ) Авторское свидетельство СССРЬЬ 739335, кл.6 01 Р. 11/10, 1980,Авторское свидетельство СССРЬ 240931, кл, 6 01 Г 11/23, 1969,Авторское Свидетельство СССРМ 131516, кл, 42 е, 16; 1959,1 Авторское свидетельство СССРМ 724930, кл, 6 01 Р 11/04, 1980,Авторское свидетельство СССРМ 1321914, кк. Р 04 8 43/12, 13/00, 1988.84) ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ ие изобретения: расходная емкость 18 под. Рключена к входу эластичного шланга 3 пео- . ристальтического насоса 2 и выходуэластичного шланга 13, Калибровочная камера 1 нижней частью с помощью входного патрубка 4 через обратный клапан 16 подключена к выходу клапана. В выходном патрубке 8 установлен предохранительный клапан 9, В крышке 11 камеры 1 размещена вертикальная трубка 10, которая сообщена с входом шланга 13. Трубопровод подачи сжатого газа на входе управляемого клапана 5 сообщен с верхней частью камеры 1. с Излишки жидкости отсасываются до уровня нижнего торца трубки 10 шлангом 13 насоса 2. Доза вытесняется сжатым газом при неработающем насосе 2 и при перекрытий управляемым клапайом 5, 1 ил.ъф(22 27,06.91:,;.,тельных растворов при проточном культи(46 07.02,93, Бюл, М 5 : .: вировании микроОрганизмов, Сущность3 . 1793244 4-Изобретение относится к технике объ- сату, что значительно снижает быстродейстемного дозирования жидких сред и может вие такого устройства,эначител(ьнб затрудбыть использовано в микробиологической няетавтоматизациюуправления им.промышленностидлядозирования питатель- Известен дозатор жидкости, содержаных и титрующих растворов при проточном 5 щиймернуюемкостьскалиброваннойдоэикультивировании различных-микроорганиз- рующей трубкойи шестиходовой плоскиймов, а также в фармацевтической, пищевой изолотник, последовательно переключаюхимической промышленности; может быть с щий различные такты каждого цикла дозиуспехом применено в исследовательской рования.(практике в ук(азанйых областях 10 Недостатки этого доэатора в том, что,Дискретно-непрерывный принцип дози- во-первых, он требует поддержания посторованияжидких питател(ьных сред, напри- янного напора(избыточного давления) в исмер, в микробиологических процессах, ходной жидкости перед ним, что усложняетзаключающийся в импульсной подаче за- общую. схему дозирования, а во-вторых,ранее откалиброванных объемов доз с 15 сложность конструкторского итехнологиче- .необходимой частотой, определяемой ин-: ского воплощения шестиходового плоскоготенс(ивньстью происх(одящих биохймиче- золотника никогда не может гарантироватьских и физиологических процессов, весьма его герметичности переключаемых каналов,удобен с точки зрения автоматизации управ- неконтролируемые утечки жидкостй черезленйя им; так как дискретные управляющие 20 них приводят к значительным погрешносигналы от совреме(нных вычислительныхятям( подаваемых доз, быстродействие егосредств легко трансформировать в частоту " засчет многотактности работы низкое.импульсов, шагов. В этих случаях оченьваж- Известен автоматический дозатор жид- .на высокая точность каждой калиброваннойкости с калиброванным объемом в виде пордоэы.,25 шневогодвустороннего гидроцилиндра иИзвестно устройство для объемно(го до-пневмопривода управления золотниками,эирования, в котором движущийся калибро- переключающими вход й вйхо(д дозируемойванный сосуд черпает дозу из основной жидкости. Этот дозатор способен работать.массы исходной дозируемой жидкости и са-"1 олько при наличии существенного избымотеком подает ее к адресату:, , З 0 точного давления в подводимой к немужидЕго главный недостатокв низкой точно- " - кОсти,сти дозирования (особенйо малых доз), та(к, Основной йедостато(к его в наличиинекак при циклических движениях калиброван-с(колькйх подвижных уплотнительных эленого сосуда в жидкость и из нее йроисходит( ментов (поршней, золотников, сальников),ве(сьма грубый перелив, расплескиваниечас- З 5 что неизбежно йриводит к их срабатывати жидкости, достаточно большое и трудно" нию, снижению надежности и, главное, кучитываемое количество жидкос(ти о(стает(с(я",увеличенйю погрешности подаваемых дозна стенках дозирующего сосуда.,: за счет утечек жидкости через подвижныеИзвестен механйзм дозирования, со-. уплотнительные соединения, тем более чтодержащий неподвйжный доэирующий со последние постоянно находятся под иэбысуд с погружным калибровочным стержнемточным давлением.и связанные с полостью сосуда меха, расши-, Кроме того, требование поддержаниярение которых обеспечивает предваритель- . избыточного давления в жидкости передноезаполнение этого сосуда, а сжатие - .: доэатором усложняет схему дозирования,принудйтельное вытесйение отмеренной 45 вызывает неудобства в эксплуатации, надозы к потребителю, а излишков жидко-пример при пополнении сосудов с исходнойсти - обратно в исходную емкость жидкостью.Основные йедостатки его заключаютсяНайболее близким к предлагаемомувтом,что, во-первых, суменьшением калиб-"имп(уль(сному доэатору по техническойруемой дозы в нем возрастает погрешность 50 сущности и достигаемому результату являдоэирования, так как введение стержня ется устройство доэирования жидкости, совнутрь сосуда увеличивает поверхность со- держащее вертикальную калибровочнуюприкосновения с дозируемой жидкостью, камеру, связанный с ней двухканальный печтоувеличиваетвлияниенадозупристеноч- ристальтический насос с эластичныминой остаточной пленки жидкости при вытес шлангами и шаговым приводом, управляенении дозы к адресату, а во-вторых, " мыеэапорныеклапанаиблокуправления,вуправление указаннымй тактами предус- котором предусмотрена автоматическаяматрйвает промежуточные непроизводи-коррекция производительности перистальтельные операции между всасыванием тического насоса по расходу жидкости изжидкости и ее транспортированием к адре- калибровочной камеры,1Основной его недостаток в том, что он не может обеспечить необходимую и гарантированную точность каждой единичной (разовой) дозы питательной жидкости, кото рая весьма необходима при малых скоростях роста микроорганизмов или подтитровке культуральной жидкости, так как вся схема управления ийсполнения в этом дозаторе основана йа прохождении через нега многиМ десятков управляющих щаговых импульсов, чтобы пропустить через насос весьготмереннтыкй заранее объем кидкости от верхнего до Нижнего датчика уровня и, таким образом, сравнить его с заданной в блоке управления величиной. ишь только после этого вводят коррекциюскорость вращения перистэльтического асоса на последующее дозирование.Таким обраЗом, указанный дозатор моет кбйтролировать (и соответственно кор- )ектировгатьл) лишь усредненную скорость дозиротваййя заранее отмеренного.в калибовочной камере объема, вариации жескоости потока жидкости в промежутке Еподконтрольны (а они для шланговых наасов весьма характерны)Недостатком этого дозатора является акже режим работы его при закрытых поожениях нормально открытых клапанов при расходовании насосом жидкости из каибровочного сосуда), В этом режиме насос продолжает нагнетать жидкость в эластичЙыи шланг второго канала лрн закрытомыходе из него. Это со временем приводит к нарушению его герметичности и сказыватся на ухудшении точности контроля за озированием, к ошибкам в его коррекции,Кроме того, каждый из таких дозаторов олжен иметь весьма прецизионные датчии уровня и электронное устройство контроя скорости дозирования, коррекции ее, что сложняет конструкцию устройства, осоенно при наличии нескольких каналов доирования различных питательных сред и титрантов к ферментеру.Достигаемый технический результатбесйечивается тем, что в дозатор жидкоти, содержащий расходную емкость, подлюченную к входу эластичного шланга Первого канала перистальтического насосак выходу эластичного шлэйга его второго аналэ, сообщенного с калибровочной"каерой, снабженной входным патрубком, размещенным в ее нижней части, и выходым патрубком, и нормально открытый упавляемый клапан, введены обратный и ПРедохранительный клапаны, крышка с вертикальной трубкой и уплотнением итру- бопровод для подачи сжатого газа, в котоом установлен нормально открытый управляемый клапан, входом подключенный к верхней части калибровочной камеры,"КатОраяг"ГЕРМЕтИЧйОгЗЙКРЫта КРЫШКОЙ, а вертикальная трубка опущена в калибро вочную емкость через уплотнение в крышкеинаружным контцой сообщена с входом эластичного шланга второго канала перистэтльтического насоса, выхбдэластичного шлайгэ перрвотгокайалэкозторбго"поодклйчетй 10 через обратнйй клапан квхкодйому пэтрубку,"причем"внутреннее сечгенигетзластичного шланга второгокайэла больше внутреннего сечения эластичного шланркга первого канала, а прездгохранри 1 Ельный клапан установ лен в выходном патрубке,Введение перечислейных выше новыхэлементов позволяет в первуюлочерредь .обеспечить с высокой точностью отмерива- ние и дозирование каждой единичной (раз овой) дозы на один управляющий импульс,позддерживатьз в наглибровочной камере стартовую готовность к импульсной подаче этой отмеренйой дозы постоянно освежаегмой"дозируемойжидкости.25 Кроме того, стало возтмоЖнымЗначйтельно упростить схему и конструкцию управления дозированивм, лисключиВэлзектргонное устройство периодического контроля зэ дозой и коррекции ее,исключив два электро управляемых клапана из трех, заменившаговый привод насоса с его сложной системой импульсного питания на обычный малооборотный электродвигатель сетевого питания (например, РД), а все управле ние работой дозаторэ свести к подаче нанего простыхэлектричесгких ймпульсовсегтевого питания, количеству кбторгьх-соответствует количество тоМйых "по объему единичййх доз, что в слумме знтачитеЛьгНЬ .40 упрощает конструкцию всего дозатора.На чертеже представлена принципиальная схема предложенного ймпугллЬсного дозэтора жидкости, "Дозатор содержит вертикальнуЮ ка либровочную камеру 1, двухканальный перистальтический насос 2 с эластичными шлангами, выход канала 3 которого сообщен с патрубком 4 в нижней части камеры .1, нормально открытый управляемый кла пан 5, трубопровод 6 аэрации адресата дозирования, блок 7 управляющих импульсов,В нижней части камеры 1 имеется выходной патрубок 8, внутри которогоустановлен предохранительйый клапан 9 55 (например, ниппельного типа), а в верхнейее части установлена вертикально перемещаемая трубка 10, герметизированная в крышке 11 подвижным уплотнением 12, нижний открытый конец которой расположен на поверхности жидкости в камере 1, а17932447 8верхний сообщен с входом канала 13 пери- насосом 2 и по его каналу 3 нагнетается стальтического насоса 2, образуя устройст- через обратный клапан 16 и патрубок 4 в во принудительного отсоса из камеры 1. При камеру 1, наполняя ее внутреннюю полость.этом внутреннеесечениеэластичногошлан- . Одновременно канал 13 насоса 2 через га в канале 13 насоса 2 больше, чем в.его 5 трубку 10 отсасывает из камеры 1 первонаканале 3. чально воздух, находящийся над жидкостьюВход нормально открытого клапана 5, и подпитываемый иэ трубопровода 6 аэраустановленного в проходной трубопровод 6 ции (клапан 5 открыт), а затем все излишки аэрации, дополнительно сообщен трубоп- поднявшегося столба жидкости таким обрароводом 14 с патрубком 15 в верхней крыш зом; что в камере всегда остается герметике 11 камеры, который сообщает его с чески точный объем жидкости. Излишки верхней внутренней полостьюэтой камеры. жидкости по трубке 10, каналу 13 насоса 2Стенки камеры 1 выполнены из про-. возвращаются" в емкость 18, При этом эа зрачного материала для удобствавизуаль- счет того. что внутреннее сечение эластичного наблюдения за процессом .15 ного шланга в канале 13 больше, чем в канадозирования и возможности отмеривания ле 3, уровень жидкости в камере 1 никогда дозы, , " :" "не поднимается выше нижнего конца трубУправляющие цепи связывают блок 7 ки 10, Разница в объемных расходах жидко- импульсов с приводом перистальтического сти по каналам 3 и 13 компенсируется насоса 2 и клапаном 5. Прйвод насоса 2 20 подсосом воздуха из трубопровода 6 аэрапредставляет собой обычнйй малооборот- ции через патрубок 15 в верхнюю часть ка-ный электродвигатель сетевого питания" . меры 1. В этом режиме с блока 7 на приводВ трубопроводе, связывающем канал 3 насоса 2 поступает напряжение питания, а с патрубком 4 камеры 1, установлен. обрат-на нормально открытый клапан 5 электропиный клапан 16: .. .25.тание не посгупает.Кроме того, на схеме показаны адресат.При поступлении на блок 7 команды на17 дозирования (например, ферментер), ис- вйдачу дозы к адресату с него следует имточник 18 дозируемой жидкости (напри-:.:" пульс электропитания на клапан 5 и так жемер, емкость с жидкой питательной импульсно на это же время прекращается средой), биофильтр 19 связи ее с атмосфе электропитание привода насоса 2. В этом рой, биофильтр 20 и ручной, регулирующий случае насос 2 останавливается, его ролики.расход воздуха кран 21 на входе в трубоп-: герметично перекрывают оба шланга в каровод 6,: .,":.:налах 3 и 13, а клапан 5 закрывается..Вход канала 3 и выход канала 13 насоса . В результате резко возросшее давление 2 должны подключаться соответствующими 35 перед клапаном 5 передается через патрутрубопроводами к источнику 18(емкости со бок 15 в верхнюю часть камеры 1 и быстросредой), а выходы из патрубка 8 и трубопро-, . вытесняет отмереннуюдоэужидкостичерезвода 6- к адресату 17 доэирования(фермен- предохранительный клапан 9 и патрубок 8 к теру),: . " . адресату 17 (ферментеру).Исходйые условия для работы дозатора 40 Давление срабатывания (открывания)следующие.: .: ;. : .: .:, клапана 9 подобрано такйм, что при давлеВ источнике 18 дозируемой жидкости нии втрубопроводе бс открытым клапаном(емкости) жидкость всегда находится при 5(следовательно, и в камере 1) предохрани- атмосферном давленйи, таккак верхняя по- тельный клапан 9 герметично закрыт, а при лость этой емкости связана через био давлении с закрытымклапаном 5 оноткрыфильтр 19.сокружающейатмосферой, ." вается и легко пропускает вытесняемуюВоздух от внешнего источника егодав- жидкость,ления непрерывно поступает в трубопровод Обратный клапан 16 предотвращает йе-.6 аэрации адресата(например, ферментера) редачу имйульса давления жидкости из качерез кран 21, регулирующий его расход, и 50 меры 1 в эластичный шланг канала 3, так как биофильтр 20. Давление в трубопроводе 6 в противномслучае его импульсная дефорпри открытом клапане 5 за счет его падения мация в момент вытеснения изкамеры дозы в регулирующем кране 21 неэначительйо могла бы повлиять йа ее величину, т.е. увепревышает атмосферное (только на велйчй- личилась бы погрешность дозирования.ну сопротивления трубопровода и столба 55 Быстро вытеснив из камеры 1 дозу жиджидкости в ферментере 17): кости, воздух из трубопровода 6 в обходВ этих условиях дозатор работает сле- закрытого клапана 5 через камеру 1 и патрудующим образом. " бок 8 поступает внутрь адресата 17 дозироЖидкость иэ источника(емкости) 18 вса- вания (ферментера), т;е. аэрация адресата сывается работающим перистальтическйм не нарушается, в то же время воздух хорошо .1793244 продувает внутреннюю полость камеры 1, клапана 9, патрубка 8 и трубопровода, предотвращая задержку в них капель дозируемой жидкости, что в итоге также обеспечивает повышение точности дозирования. 5Длительность команды подачи дозы очень мала (например, при объеме дозы 0,5 мл достаточно не более 0,3-0,5 с). После ее прекращения блок 7 снимает импульс электрогитания с клапана 5 и одновременно пре крацает импульс остановки питания привода насоса 2. В результате клапан 5 открывается, " дав ение воздуха в камере 1 снижается, предо ранительный клапан 9 закрывается, насос 2 п каналу 3 вновьначинает заполнять жид косгью камеру 1, а его канал 13 поддерживать в ней заданную дозу. И так до следующей ко анды на подачу дозы к адресату.Вертикальное перемещение в герметичном уплотнении 12 трубки 10 позволяет 20 установить выше или ниже уровень отсоса излишков дозируемой жидкости, т.е. устанавливать необходимую величину единичной (разовой) дозы.Через прозрачную стенку камеры 1 лег ко можно обеспечить отсчет величины уста,формула изобретения Дозатор жидкости, содержащий расходную емкость, подключенную к входу эластичного шланга первого канала перистальтического насоса и к выходу эластичного шланга его второго канала, сообщенного с калибровочной камерой,снабженной входным патрубком, размещенным в ее нижней части, и выходным патрубком, и нормально открытйй управляемый клапан, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цвлью повышения точйости дозирования и упрощейия конструкции, в него введены обратный и предохранительный клапаны, крь 1 шка с вертикальной трубкой и уплотнением и трубопровод для подачи сжатого ганавливаемой дозы, а также визуально наблюдать за процессом дозирования, контролировать нормальную работу дозатора.Общая производительность дозатора определяется устанавливаемой величиной единичной дозы и частотой следования командных импульсов, В тех случаях, когда ожидаемое в технологическом процессе произведение этих двух величин начинает превышать производительность перистальтического насоса, следует либо увеличить число его оборотов (изменить редукцию привода), либо заменить его эластичные шланги, увеличив их диаметр (при этом соблюсти указанную выше разницу их внутренних сечений). Между кратковременными управляющими импульсами процесс постоянного перекачивания перистальтическим насосом дозируемой жидкости из нижней части ее исходной емкости в калибровочную камеру и Обратно. но уже в верхнюю часть этой емкости позволяет постоянно обновлять жидкость в калибровочной камере и перемешивать ее в этой емкости хранения; за, в котором установлен нормально откры- тый управляемый клапан, входом подключенный к верхней части калибровочной камеры, которая герметично закрыта крышкой, а вертикальная трубка опущена в калибровочную емкость через уплотнение в крышке и наружнь,м концом сообщена с входом эластичного шланга второго канала перистальтического насоса, выход эластичного шланга первого канала которого подключен через обратный клапан к входному патрубку, причем внутреннее сечение эластичного шланга второго канала больше внутреннего сечения эластичного шланга первого канала, а предохранительный клапан установлен в выходном патрубке.