Устройство для автоматического дозирова-ния жидкостей

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 11.10.77 (21) 2536795/18-10с присоединением заявки Мо(51)М. Кл. 0113/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Ю.И. Брацлавский и М. С. Ерусалимский Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт научного приборостроениями(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ1 О Изобретение относится к устрой- ствам для объемного дозирования жидкостей, а более конкретно к устройствам для автоматического дозирования жидкостей плунжерного типа с приводом на основе шагового двигателя, применяемым в лабораторной практике при биохимических, биологических, медицинских и других исследованиях.Известны устройства для дозирования жидкостей плунжерного типа, в которых перемещение плунжера осуществляется с помощью шагового электродви гателя 1 1,Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство дляавтоматического дозирования жид О кости, содержащее дозирующий элемент плунжерного типа, шаговый двигатель и последовательно соединенные эадатчик дозы, блок записи и считывания, выполненный на реверсивном счетчике, генератор импульсов и блок управления шаговым двигателем 12).Значение дозы вводится в это устройство в виде электрического цифрового сигнала, а величина дозы определяется количеством импульсов, поступающих из системы управления в ша" говый двигатель.Точность работы такого устройства определяется как точностью изготовления механических узлов, так и точностью отработки шаговым двигаотелем управлякщих импульсов. Последняя же, при правильно выбранных па раметрах нагрузки, зависит от частоты управляющих импульсов. Для обеспечения требуемой точности отработки частота управляющих импульсов не должна быть больше паспортного значения частоты приемиссости двигателя, т.е. частоты, .при которой двигатель осуществляет пуск, реверс и торможе" ние без потери импульсов. Значения же этой частоты, как правило, невелики, что в итоге приводит к малой производительности таких устройств по сравнению с устройствами на асинхронных двигателях или двигателях постоянного тока.Цель изобретения - увеличение производительности при одновременном повышении точности.Указанная цель достигается тем, что реверсивный счетчик блока записи и считывания выполнен с (и) выхо15 дами с последовательно убывающимитогом, а устройство снабжено блокомавтоматического и-ступенчатого изменения скорости шагового двигателя,.включенным между генератором импульсов и блоком управления шаговым двигателем и содержанием (и) делителей частоты, схем И, (и) триггеров,схему ИЛИ и счетчик импульсов, имею. щий (и) выходов с последовательнонарастающим итогом, реверсивный счетчик блока записи и считывания выполнен с (и) выходами с последователь"но убывающим ито.ом,причем делителичастоты соединены последовательно ивход первого из них соединен с выходом генератора импульсов, первыевходы схем И соединены в прямой последовательности соответственно свыходом генератора импульсов и выходами делителей частоты, вторые входы схем И, начиная с первой схем,соединены в обратной последовательности с прямыми выходами триггеров,третьи входы схем И, начиная со второй схемы, соединены в обратной последовательности с инверсными выходами триггеров, выходы схем И соединены с входами схемы ИЛИ, выходкоторой соединен с входом блокауправления шаговым двигателем и свходом счетчика импульсов, выходысчетчика импульсов соединены в прямой последовательности с установочными входами триггеров, а выходы реверсивного счетчика блока записи исчитывания соединены в обратной последовательности со сбросовыми входами триггеров.На фиг. 1 представлена струкщрная схема устройства; на фиг, 2функциональная схема блока автоматического изменения скорости.Устройство содержит эадатчик 1дозы, блок 2 записи и считывания,выполненный на реверсивном счетчике3, имеющем (и) выходов 44,4 4 (и) с последовательно убывающимитогом, генератор 5 импулЬсов, блокб автоматического изменения скорости, блок 7 управления шаговым двигателем, шаговый двигатель 8, передаточный механизм 9, плунжерныйдозирующий элемент 10 с клапаном.Блок б автоматического изменения.скорости содержит (и) делителейчастоты 11,-11 О, ), схемы И 12 "12(п) триггеров 13-13( ), схемуИЛИ 14, счетчик 15 импульсов, имеющий (и) выходов 16 -16(с последовательно нарастающим итогом,Устройство работает следующим образом.В зависимости от углового шагадвигателя 8, передаточного отношения между валом двигателя и плунжером и диаметра плунжера определяетсяобъемная цена импульса, т.е. величина дозы, соответствующая одному шагу 20 25 ЗО 35 40 45 0 55 60 65 двигателя 8 или одному импульсу системы управления.Задаваемое значение дозы в единицах, соответствующих объемной цене импульса, вручную или автоматически вводится в задатчик 1 дозы. По команде оператора или автоматически значение дозы в виде электрического цифрового сигнала из задатчика 1 дозы подается на вход записи реверсивного счетчика 3 блока 2 записи и считывания, где и записывается. Как только в счетчике .3 окажется записанным какое-либо число, с выхода блока 2 подается команда на генератор 5 импульсов, который начинает генерировать импульсы. С выхода генератора 5 через блок б автоматического изменения скорости импульсы поступают на вход блока 7 управления шаговым двигателем и отрабатываются шаговым двигателем 8, который через пеоредаточный механизм 9 перемещает плунжер дозирующего элемента 10. Происходит дозирование.Одновременно с выхода блока б автоматического изменения скорости импульсы подаются на вычитающий вход счетчика 3 блока 2 записи и считывания. Как только число импульсов, поданное на вычнтающий вход счетчика 3, окажется равным числу, записанному в счетчике 3 от задатчика 1, счетчик обнулится и с выхода блока 2 записи и считывания в блок управления шаговым двигателем подается сигнал на реверсирование двигателя 8, Шаговый двигатель 8 реверсирует, вследствие чего прекращается доэирование и начинается забор дозы, и плунжер дозирующего элемента 10 возвращается в исходное положение, определяемое, например, конечным выключателем (на чертежах не. показан).Таким образом, количество импульсов, прошедшее от генератора 5 к дви гателю 8, равно числу, поданному от задатчика 1 дозы в блок 2 записи;и считывания.Работа блока 6 автоматического иэ менения скорости происходит следующим образом.Ряд последовательно соединенных делителей частоты 11-11(и ), на вход первого из которых 11 подается выход ная частота генератора 5 1, образует (п) ступеней делителя частоты, в результате чего создается ряд иэ последовательно убывающих частотснимаемых с выхода генератора 5 и выходов делителей 11- 11соответственно. Эти частоты в прямой последовательности подаются на первые входы схем И 124 -12, т.е. частота Г 1 подается на схему 12, частота 1 - на схему 12 и т.д. Выходы всех схем И соединены с и входами схем ИЛИ 14. Поскольку при работе блока 6 автоматического измене-,ния скорости открытой в каждый данный момент времени является толькоодна иэ схем И 12 " 2 и, то на выходесхемы ИЛИ 14 в каждый данный моментвремени будет присутствовать толькоодна из частот Г,Г1 Импульсы этой частоты подаются на входсчетчика 15 импульсов.Вторые входы схем И, начиная спервой схемы 12 А, соединены в обратной последовательности с прямымивыходами триггеров 13-13( ), т.е.выход триггера 1:-соединен с входом схемы т, выход триггера 13,соединен с входом схемы 12, и т.д.,выход триггера 13( соединен с входом схемы 12(и ), Третьи входы схемИ, начиная со второй схемы 12, соединены в обратной последовательнос ти с инверсными выходами триггеров .13,(-13(и-), т,е. выход триггера 2013(и )соединен с входом схемы 12выход триггера 13(и 2)- с входом схемы 123 и т,д выход триггера 13,(соединен с входом схемы 12 н .Таким образом, оказываются свободными третий вход схемы 12 и вто 4рой вход схемы 12)1,Счетчик 15 импульсов имеет (и)выходов 16-16(и 4) с последовательнонарастающим итогом, т.е. этим выходам соответствуют числа соответственно 14,1 д(п) такие, что11 с1(п -1). При появлениив счетчике 15 каждого из указанныхчисел на соответствующем выходе35счетчика 15 появляется импульс. Выходы 16-16 и .( соединены в прямойпоследовательности с установленнымивходами триггеров 13-13(и ) т.е.выход 16,7 соединен с триггером 13,выход 16соединен с триггером 13 40и т,д., выход 16(и )соединен с триггером 13(Реверсивный счетчик 3 в блоке 2записи и считывания имеет (и) выходов 4 -4( ) с последовательно убывающим итогом, т.е. этим выходам соответствуют числа соответственнопЧ,п 3,Гй (к )такие что ВВ,)щ, ). При появлении в счетчике Экаждого из укаэанных чисел иа соответствующем выходе счетчика Э появляется импульс. Выходы 4,42,4(И )соединены в обратной последо"вательности со сбросовыми входамитриггеров,13-13(и ), т.е. выход4( .соединен с триггером 13, ),выход 4- с триггером 13(и ).) и т.д.,выход 4)1 )соединен с триггером 134 .В исходном положении счетчики 3,15 и триггеры 13,(-13(и 1) находятся внулевом состоянии. Вследствие этого 60из всех схем И 12 -12 открытой оказывается только схема 12 И, на первый вход которой подается наименьшая частота Г)1, Как только в счетчйке 3 от задатчика 1 дозы оказывается 5 только записанным какое-либо число, включается генератор 5 импульсов, и импульсы частотой 1 и с выхода делителя 11 и 1 через схему И 12), и схему ИЛИ 14 поступают на вход блока управления шаговым двигателем, осуществляя трогание двигателя с минимальной частотой управляющих импульсов Ги. Одновременно эти же импульсы поступают на вход счетчика 15 и нычитающий вход счетчика 3. Как только счетчик 15 отсчитывает 1 импульсов на его выходе 16, появится импульс, переводящий триггер 13,( в единичное состояние. Вследствие этого состояние выходов триггера 13,( изменится на противоположное, т.е. на инверсном - уровень логического нуля, и схема И 12 и закроется, а схема И 12 д )откроется. Это значит, что на входы блока 7 и счетчиков 3 и 15 начнут подаваться импульсы с более высокой частотой 1( 1, т.е. двигатель 8 будет разгоняться. При поступлении в счетчик 1512 импульсов изменится состояние триггера 13 . В результате закроется схема 12 и ) и откроется схема 12(и у), т.е. на выходе схемы ИЛИ 14 появятся импульсы с более высокой частотой и т.д. Наконец, когда счетчик 15 отсчитает 1(и ) импульсов, изменится состояние триггера 13(н ), закроется схема 12, откроется схема 12 и на выходе схемы 14 появится максимальная частота Г,(, После этого двигатель 8 будет вращаться в установившемся режиме на максимальной частоте.По мере дальнейшего поступления импульсов на вычитающий вход счетчика 3 число, записанное в счетчике Э,будет уменьшаться и, наконец, достигнет значения в.(. В этот момент на выходе 4 4 появится импульс, который вновь переведет в нулевое состояние т,риггер 13(и ). Состояние выходов триггера 13(и .4) вновь изменится на противоположное, вследствие чего закроется схема 12, откроется схема 122 и на выходе схемы 14 появится более низкая частота. При дальнейшем уменьшении числа в счетчике 3 до значения е импульс на выходе 4сбросит триггер 13(И ), вследствйе чего закроется схема 12, откроется схема 12 Э и частота вновь понизится до значения, и т.д. Наконец, когда в счетчике 3 останется наименьшее число в(и 1), сбросится триггер 134, закроется схема 12 и откроется схема 12,И и в блок управления 7 будут поступать импульсы с наименьшей частотойКогда счетчик 3 обнулится, т.е. закончится процесс дозирования, с выхода блока 2 в блок 7 будет подана команда на реверс двигателя 8. .Одновременно будут поданы команды853401 45 50 на сброс на нуль счетчика 15 и назапрет вычитания счетчика 3 (этисвязи на чертеже не показаны). По"тупление же импульсов на вход счетчика 15 не прекращается, вследствиечего и после реверса будет осуществляться ступенчатый разгон двигателядо частоты Г . После возврата плунжера доэирующего элемента 10 в исходное положение произойдет отключениегенератора 5 и обнуление счетчиков3, 15 и триггеров 13 1313(и )т.е. схема вернется в исходное состояние,Значения числа ступеней изменениячастоты и, частот Г,Г1 чисел14 11(и )и в 1 вф в(и 1)вы15бираются применительно к каждойконкретной схеме. Кроме того, числоступененй изменения частоты можетбыть неодинаковым для пуска и дляторможения. В этом случае импульсы, 20поступающие от счетчика с меньшимчислом выходов, осуществляют опрокидывание триггеров 13 не поодиночке, а группами.Поскольку в установившеся режиме 5шаговые двигатели могут устойчиво,т,е. без пропуска импульсов, работатьна частотах; в 4-5 раз превышающих чачастоту приемистости, применениепредлагаемого изобретения позволяетпримерно во столько же раз повыситьпроизводительность доэирующих устройств с шаговым приводом. Кроме того, нарастающее или убывающее изменение частоты в переходных режимахповышает точность отработки управляющих импульсов и, следовательно,точность дозирования. Формула изобретения Устройство для автоматического дозирования .жидкостей, содержащее дозирующий элемент плунжерного типа, шаговый двигатель и последовательно соединенные эадатчик дозы блок записи и считывания, выполненный на реверсивном счетчике, генератор импульсов и блок управления шаговым двигателем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения производительности при одновременномповышении точности, реверсивный счетчик блока записи и считывания выполнен с (И -1) выходами с последовательно убывающим итогом, а устройство снабжено блоком автоматичесКОГО Г 1-СтуПЕнчатоГО иЗМЕнЕНия СКОрости шагового двигателя, включенным между генератором импульсови блоком управления шаговым двигателем и содержащим (и) делителейчастоты, 1 схем И, (И -1) триггеров,схему ИЛИ и счетчик импульсов,имеющий (И -1) выходов с последовательно нарастающим итогом реверсивный счетчик блока записи и считывания выполнен с (и -1) выходами споследовательно убывающим итогом,причем делители частоты соединеныпоследовательно и вход первого изних соединен с выходом генератораимпульсов, первые входы схем И соединены в прямой последовательностисоответственно с выходом генератораимпульсов и выходами делителей частоты, вторые входы схем И, начинаяс первой схемы, соединены в обратной последовательности с прямымивыходами триггеров, третьи входысхем И, начиная со второй схемы,соединены в обратной последовательности с инверснымИ выходами триггеров, выходы схем И соединены свходами схемы ИЛИ, выход которой соединен с входом блока управления,шаговым двигателем и с входом счетчика импульсов, выходы счетчика импульсов соединены в прямой пооледовательности с установочными входамитриггеров, а выходы реверсивногосчетчика блока записи и считываниясоединены в обратной последовательности со сбросовыми входами триггеров,. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Меда гд 1 е Й. Ма гьЬа 11 1, "Ачо 1 цвесг 1 с де 1 чегу ог ьавр 11 пд ауаСев Гог вав 1 а 1 цье ог цье и 1 СЬ аС 1 ве ьЬагед соврцСег" С 1 евсапьйгцвепйай 1 оп, 1972, ч, 4 Р 1,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ф 2440494/10,кл. 6 01 Г 13/00, 1977 (прототип),ВНИИП иал П мм дуюю залигю 853401 фие 1 каз 5 б 19/1 Патент", г.уж раж 702 Подписно ул.Проектна