专利名称：可定量灌装液体的灌装装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体灌装装置，更具体地说，本发明涉及一种可定量灌装液体的灌装装置。
背景技术：
关于热管的工质灌装，在文献“马同泽，侯增祺，吴文銧，热管，科学出版社，ISBN 7-03-002011-1，1991，277-282”中介绍了下面几种热管中工质的充装方法(1)钠热管的充装，对蒸馏充钠系统进行了介绍；(2)水热管的充装，包括抽真空灌装法和不需抽真空的煮沸法；(3)可控热管的充装，主要是如何控制惰性气体的量；(4)深冷热管的充装。
但这四种充装方法都属于针对大热管的范畴，它们适于充入工质的量较多的情况，相对误差较小，但受到充装方法和充装仪器的限制，绝对误差仍较大。如果对绝对误差有要求的充装场合，这些方法就很难完成小绝对误差的充装。
目前，热管的微小化程度不断提高，由于微小型热管的内部容积较小，需充入的工质的量也比较小，因此，如果采用上述四种方法，则充入工质的相对误差会很大，充入工质的量很难精确控制。微小型热管的性能好坏与工质充装量的精确程度有很大关系，对于微小型热管，现有的常规充装系统已经不能满足少许工质的精确充装要求。
文献“G.P.Peterson，An Introduction to Heat Pipes，A Wiley-Interscience Publication，John Wiley & Sons，Inc.，ISBN 0471-30512-X，1994，202-205，256-259”和“A.Fahgri，Heat Pipe Science and Technology，Taylor & Francis Inc.，ISBN 1-56032-383-3，1995，664-670”中提出了两种微小型热管的充装方法(5)超临界充装法。将微小型热管放入耐高压容器内，对耐高压容器抽真空后，先对其加入一定量的液态工质，然后对耐高压容器加热至工质的临界点以上，即超临界状态。在这个状态下，所有的工质都以蒸汽的形式存在，因此工质能够均匀地分配在耐高压容器和热管内的空间，然后对热管采用离子或紫外线粘结密封。打开耐高压容器后，降温使工质凝结。通过控制容器中的容积、压力和抽真空后加入的工质的量，对热管中充入工质的量能够精确控制。
(6)垂直吸液法。将微型热管的一端密封，垂直置于真空室内。微小型热管的非密封端离充液槽底大约1mm。对真空室抽真空，用一个微型注射器将少量液态工质缓慢注入充液槽中，真空室内的压力升高，直到接近于接近与真空室相应的饱和压力时，工质在充液槽中形成一个液池，被微型热管的槽道吸入，有效地密封槽道，封住热管中的液体及上部的蒸汽。取出微型热管，将开口端密封。留在热管中工质的量可由密封前改变热管的温度、热管离充液槽底部的距离和注射到真空室中的液量来控制。
第(5)种微型热管的充装方法虽能达到充装量精确，但目前密封只能针对硅片，对于金属微小型热管的密封更加困难，而且一般需要压力容器和附助加热控制系统，离实际应用还有很远的距离。第(6)种微型热管的充装方法包含了很多经验的操作方法，通用性和精确度也较难得到保证。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，通过使用一个双活塞结构，将小液量转化为较大量的机械运动，在实现液体液量的精确计量的基础上进行灌装，从而提供一种可定量灌装液体的灌装装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种可定量灌装液体的灌装装置，包括一个用于装盛液体的缸体1和一个与所述缸体相连通的出液通道2，所述缸体内包括第一活塞腔31和第二活塞腔32，缸体的顶部设有一帽腔4，该帽腔与两个活塞腔连通；第一活塞腔31内设有第一活塞51，第二活塞腔32内设有第二活塞52；第一活塞51的底部连接有刚性的第一连杆61，第二活塞52的底部连接有刚性的第二连杆62；这两个连杆向下延伸并穿出缸体的底部；在缸体外部，所述的两个连杆与一个可使第一活塞51向上运动和同时使第二活塞52向下运动的连动机构相连接；所述连动机构上设置有一个可通过测量该连动机构的机械运动而间接测量液体出液量的测量元件。
所述的连动机构包括固定在所述第一连杆61上并平行于该连杆的第一齿条71、固定在所述第二连杆62上并平行于该连杆的第二齿条72，以及一个与两个齿条耦合的齿轮8；所述测量元件为一个可测量齿轮8转动角度的测量元件。
所述测量元件为一个不随齿轮8转动的角度标志盘，角度标志盘与所述齿轮8同轴设置，所述角度标志盘上设有角度标识。
所述齿轮8为单速齿轮，位于第一齿条71和第二齿条72之间，并与所述的两个齿条啮合，且第一活塞51的面积大于第二活塞52的面积。
所述的齿轮8为双速齿轮，所述双速齿轮由同轴固定在一起的两个半径不同的齿轮构成，且这两个齿轮分别与第一齿条71和第二齿条72耦合；而且r1S1＞r2S2，其中S1为第一活塞51的面积，S2为第二活塞52的面积，r1为所述双速齿轮中与第一齿条71耦合的齿轮的半径，r2为所述双速齿轮中与第二齿条72耦合的齿轮的半径。r1＞r2且S1＜S2，或者r1＜r2且S1＞S2。
还包括一个与所述缸体1的顶部连通的排气通道10，该排气通道10上设有第一排气阀101。
所述排气通道10上设有第二排气阀102，且第二排气阀102位于第一排气阀101上方；所述出液通道2上设有出液阀21。
该装置还包括用于将连杆限定在竖直方向运动方向的滑道9，所述第一连杆61和第二连杆62分别设置于滑道9内。
本发明的优点在于液量计量精确，并可通过设计活塞面积以及齿轮的直径，实现不同精度要求的液体灌装，同时降低灌装的误差；本发明不仅适用于大尺度热管、尤其是微小型热管等制造等行业中液量的精确灌装，而且适用于制药领域液体药剂的精确计量和输送、微机电系统(MEMS)中微液量的供给等特殊场合要求。
图1是本发明的灌装装置的装置示意图；图面说明缸体1 出液通道2出液阀21 第一活塞腔31第二活塞腔32帽腔4第一活塞51第二活塞52第一连杆61 第二连杆62 第一齿条71第二齿条72齿轮8 滑道9排气通道10第一排气阀101第二排气阀10具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的灌装装置的主体部分为一个缸体1，缸体1内包括第一活塞腔31和第二活塞腔32，缸体1的顶部设有一个帽腔4，用于连通第一活塞腔31和第二活塞腔32。第一活塞腔31的上部设有一个开孔，由该开孔向缸体1外部延伸出一个出液通道2。两个活塞腔内分别有一个与其密封接触的活塞，即第一活塞51和第二活塞52。活塞的底部连有一个刚性的连杆，与第一活塞51连接的是第一连杆61，与第二活塞52连接的是第二连杆62。这两个连杆穿出缸体的底部进入缸体外部的滑道9内，连杆在滑道9内可沿竖直方向运动。第一连杆61和第二连杆62与一个连动机构相连接，该连动机构的功能在于驱动连杆，使得与连杆连接的活塞向上下两个不同的方向同时运动。例如在本实施例中，该连动机构应该使第一活塞51向上运动而同时使第二活塞52向下运动。
本装置在进行灌装工作时，帽腔4、第一活塞腔31和第二活塞腔32内充满了需要灌装的液体。连动机构使得第一活塞51和第二活塞52同时运动，使得帽腔4、第一活塞腔31和第二活塞腔32的总体积变小，而将液体从缸体1内通过唯一的出液通道2压出，实现液体的灌装。为了确定灌装液体的液量，该连动机构还应包括用于间接测量液体液量的测量元件。
在机械领域中，实现这样功能的连动机构和测量元件具有多种不同的方式，例如在本实施例中，这种连动机构优选是按如下方式实现的参见图1，在第一连杆61和第二连杆62分别设置第一齿条71和第二齿条72，这两个齿条与连杆平行。齿轮8位于两个齿条之间并且与齿条耦合。当齿轮8顺时针转动时，通过齿条带动连杆，使得第一活塞51向上运动，第二活塞52同时向下运动。为了测量齿轮8转动的角度，可以使用一个带有角度刻度的标志盘(未示出)，该标志盘与齿轮8同轴设置，这样，就可以方便地读取齿轮8的转动角度。
齿轮8可选单速齿轮或者优选双速齿轮。单速齿轮即通常所说的单个齿轮，双速齿轮指的是同轴固定在一起的半径不同的两个齿轮。
当齿轮8为单速齿轮时，向上运动的第一活塞51的面积大于向下运动的第二活塞52的面积，而这两个活塞的运动速率相同。这样当两个活塞在齿轮8的带动下同时运动时，就会将缸体1内的液体从出液通道2压出。第一活塞51的面积S1、第二活塞52的面积S2以及单速齿轮的半径r可以根据液量计量的精度来选择。当齿轮8转动θ弧度时，从出液通道2压出的液体液量V＝rθ(S1-S2)，而且r(S1-S2)的值越小，单速齿轮转动的角度θ越大，能够实现的计量精度也越高。在表1中给出了四组具体的实例，如下所示
表1
从上面的例子可以看出，使用单速齿轮的一个设计问题是在要求更高计量精度的情况下，则要求第一活塞51和第二活塞52的面积差需要非常小，或者要求齿轮8的半径非常小。为了解决这个问题，齿轮8优选使用双速齿轮。构成双速齿轮的两个齿轮分别与第一齿条71和第二齿条72啮合，与第一齿条71啮合的齿轮的半径为r1，与第二齿条72啮合的齿轮的半径为r2。通过双速齿轮的转动，带动第一活塞51向上运动而第二活塞52向下运动。第一活塞51的面积S1、第二活塞52的面积S2以及双速齿轮的半径r1和r2可以根据液量计量的精度来确定。当齿轮8转动θ弧度时，从出液通道2压出的液体液量V＝θ(r1S1-r2S2)，而且(r1S1-r2S2)的值越小，双速齿轮转动的角度越大，能够实现的计量精度也越高。相比于单速齿轮，采用双速齿轮的优点在于(1)可以在S1和S2之间数值差别比较大的情况下，通过绝对数值较大的半径r1和r2，使得(r1S1-r2S2)的组合值很小，从而进一步提高了计量精度并且减小了活塞和齿轮的设计难度；(2)由于只是要求(r1S1-r2S2)＞0，所以并不要求向上运动的第一活塞51的面积S1一定大于第二活塞52的面积。这些优点可以在表2中提供的两组实例看出。
表2
为了进一步提高计量精度，缸体1内应当充满液体而清除其内的气体。本发明优选采用如下方式(1)在缸体1的顶部设置带第一排气阀101的排气通道10。打开第一排气阀101，通过出液通道2向缸体1内预装液体，缸体1内液体液面逐渐升高，将其内的气体通过排气通道10排出缸体；当液体充满至第一排气阀101时，关闭第一排气阀101，则获得充满液体的系统。这种方法适用于水、酒精等在常温下具有较高沸点的液体工质。
(2)在缸体1的顶部设置带第一排气阀101和第二排气阀102的排气通道10，且第二排气阀102位于第一排气阀101上方；在出液通道2上设置出液阀21。关闭第二排气阀102，打开第一排气阀101和出液阀21，通过出液通道2对缸体内抽真空，然后关闭出液阀21；将装有液体的储液罐连接到出液通道2；打开出液阀21，将液体充入缸体1，直致液面超过第一排气阀101，关闭第一排气阀101，则获得充满液体的系统。这种方法不仅适用于水、酒精等在常温下具有较高沸点的液体工质，还适用于氨、氟里昂等常温(25℃)下具有较高饱和压力的液体工质。
权利要求
1.一种可定量灌装液体的灌装装置，包括一个用于装盛液体的缸体(1)和一个与所述缸体相连通的出液通道(2)，其特征在于，所述缸体内包括第一活塞腔(31)和第二活塞腔(32)，缸体的顶部设有一帽腔(4)，该帽腔与两个活塞腔连通；第一活塞腔(31)内设有第一活塞(51)，第二活塞腔(32)内设有第二活塞(52)；第一活塞(51)的底部连接有刚性的第一连杆(61)，第二活塞(52)的底部连接有刚性的第二连杆(62)；这两个连杆向下延伸并穿出缸体的底部；在缸体外部，所述的两个连杆与一个可使第一活塞(51)向上运动和同时使第二活塞(52)向下运动的连动机构相连接；所述连动机构上设置有一个可通过测量该连动机构的机械运动而间接测量液体出液量的测量元件。
2.根据权利要求1所述的可定量灌装液体的灌装装置，其特征在于，所述的连动机构包括固定在所述第一连杆(61)上并平行于该连杆的第一齿条(71)、固定在所述第二连杆(62)上并平行于该连杆的第二齿条(72)，以及一个与两个齿条耦合的齿轮(8)；所述测量元件为一个可测量齿轮(8)转动角度的测量元件。
3.根据权利要求2所述的可定量灌装液体的灌装装置，其特征在于，所述测量元件为一个不随齿轮(8)转动的角度标志盘，角度标志盘与所述齿轮(8)同轴设置，所述角度标志盘上设有角度标识。
4.根据权利要求2所述的可定量灌装液体的灌装装置，其特征在于，所述齿轮(8)为单速齿轮，位于第一齿条(71)和第二齿条(72)之间，并与所述的两个齿条啮合，且第一活塞(51)的面积大于第二活塞(52)的面积。
5.根据权利要求2所述的可定量灌装液体的灌装装置，其特征在于，所述的齿轮(8)为双速齿轮，所述双速齿轮由同轴固定在一起的两个半径不同的齿轮构成，且这两个齿轮分别与第一齿条(71)和第二齿条(72)耦合；而且r1S1＞r2S2，其中S1为第一活塞(51)的面积，S2为第二活塞(52)的面积，r1为所述双速齿轮中与第一齿条(71)耦合的齿轮的半径，r2为所述双速齿轮中与第二齿条(72)耦合的齿轮的半径。
6.根据权利要求5所述的可定量灌装液体的灌装装置，其特征在于，r1＞r2且S1＜S2，或者r1＜r2且S1＞S2。
7.根据权利要求1所述的可定量灌装液体的灌装装置，其特征在于，还包括一个与所述缸体(1)的顶部连通的排气通道(10)，该排气通道(10)上设有第一排气阀(101)。
8.根据权利要求7所述的可定量灌装液体的灌装装置，其特征在于，所述排气通道(10)上设有第二排气阀(102)，且第二排气阀(102)位于第一排气阀(101)上方；所述出液通道(2)上设有出液阀(21)。
9.根据权利要求1所述的可定量灌装液体的灌装装置，其特征在于，该装置还包括用于将连杆限定在竖直方向运动方向的滑道(9)，所述第一连杆(61)和第二连杆(62)分别设置于滑道(9)内。
全文摘要
本发明公开了一种可定量灌装液体的灌装装置。该装置包括一个用于装盛液体的缸体和一个与所述缸体相连通的出液通道，缸体内包括第一活塞腔和第二活塞腔，缸体的顶部设有一帽腔，该帽腔与两个活塞腔连通；这两个活塞腔内各设有一个活塞；每个活塞的底部都连接有刚性的连杆；这两个连杆向下延伸并穿出缸体的底部；在缸体外部，两个连杆与一个可同时使两个活塞做相反方向运动的连动机构相连接；还包括一个可通过测量所述连动机构的机械运动而间接测量液体液量的测量元件。该连动机构优选使用双速齿轮结构。该装置液量计量精确，误差小，适用于微小型热管的精确灌装、制药领域中液体药剂的精确计量和输送，微机电系统中微液量的供给等特殊场合要求。
文档编号B67D99/00GK1537806SQ0312196
公开日2004年10月20日 申请日期2003年4月18日 优先权日2003年4月18日
发明者曲伟, 伟 曲 申请人:中国科学院工程热物理研究所