一种泵的输出液量的控制系统及控制方法

专利名称：一种泵的输出液量的控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及微型泵领域，特别是涉及一种泵的输出液量的控制系统及控制 方法。
背景技术：
参阅图1,为现有的压电陶瓷泵的结构示意图，压电陶瓷泵10包括压电 陶瓷片11、可变空间腔体12、输入通道13、输入单向阀14、输出单向阀15、 及输出通道16。压电陶瓷片11为多层圓片形，其基材可为铜或不锈钢等材料， 基材上覆有一层压电陶瓷材料，压电陶瓷上面又覆有一层导电材料，如银等。 铜材料和银材料分别接交流电源的两极。通电后，由于压电陶瓷材料在电场中 伸缩的特性，压电陶瓷片11将伴随交变电压交替进行向上凸起和向下凹入动 作。
见图2，当压电陶瓷片11向上凸起时，由压电陶瓷片11与压电陶瓷泵10 壳体构成的可变空间腔体12的空间变大，使可变空间腔体12内的压力变小， 输入通道13的压力大于可变空间腔体12的压力，输入单向阀14打开，使液 体从输入通道13,经输入单向阀14进入可变空间腔体12。同时当可变空间腔 体12的压力小于输出通道16的压力时，关闭输出单向阀15,使液体不会从 输出通道16倒流入可变空间腔体12。
见图3，当压电陶资片ll向下凹入时，可变空间腔体12的空间变小，使 可变空间腔体12内的压力变大，当可变空间腔体12的压力大于输出通道16 的压力时，输出单向岡15打开，液体从可变空间腔体12，经输出单向阀15、 到达输出通道16。同时，当可变空间腔体12的压力大于输入通道13的压力 时，关闭输入单向阀14使液体不会倒流。
通过控制施加在压电陶瓷片11两极的电压值和变换频率以及工作时长， 将控制压电陶瓷片11的振动幅度和振动频率及时长，进而能控制压电陶瓷泵 IO输出液量。
由于交流电源的输出电压值和交变频率都是预先设定的，而压电陶瓷泵 10输出液量受输入通道13入口压力、输出通道16出口压力、压电陶瓷片11 变换效率等诸多方面的影响，仅凭预先设定的输出压力值和交变频率，难以对压电陶资泵1 0输出液量进行精确控制，也很难对压电陶瓷泵1 0的输出压力进
行精确控制

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种泵的输出液量的控制系统，该系统 能对泵的输出液量或输出压力进行精确控制。
本发明另一目的是提供一种泵的输出液量的控制方法，该方法可对泵的输 出液量或输出压力进行精确控制。
本发明介绍了一种泵的输出液量的控制方法，包括检测所述泵的输出压 力值；依据所述输出压力值控制所述泵的致动装置动作，进而控制所述泵的输 出液量、l俞出液流速或l命出压力。
优选的，依据所述输出压力值控制所述泵的致动装置动作具体为计算所 述压力值对应的输出液量；判断上述输出液量是否达到预设值，如否，调整输 出到所述泵上致动装置上的电压值，控制所述致动装置动作。
优选的，依据所述输出压力值控制所述泵的致动装置动作具体为计算所 述压力值对应的输出液量；判断上述输出液量是否达到预设值，如否，调整输 出到所述泵上致动装置上的频率或动作次数，控制所述致动装置动作。
本发明还公开一种泵的输出液量的控制系统，包括致动装置、可变空间腔 体、输入通道及输出通道，还包括检测所述泵的输出压力的压力传感器，所 述压力传感器传送输出压力值到信号控制装置，所述信号控制装置依据所述输 出压力值控制所述致动装置动作。
优选的，所述压力传感器设置在所述输出通道内。
优选的，还包括与所述输出通道连通的保护腔体，所述压力传感器设置在 所述保护腔体内。
优选的，所述保护腔体内设一隔膜，将所述保护腔体隔离成封闭空间。 优选的，所述信号控制装置包括数据处理器、高压发生器、和高压分配器， 所述数据处理器依据输出压力值控制所述高压发生器生成的电压值，所述高压 发生器将该电压值传送到所述高压分配器，所述高压分配器将该电压转换后输 出到所述致动装置。
优选的，所述信号控制装置包括数据处理器、高压发生器、和高压分配器，
6所述高压分配器接收所述高压发生器传送的电压，所述数据处理器依据输出压 力值控制所述高压分配器分配给所述致动装置的正负电压及转换次数。
优选的，所述信号控制装置包括数据处理器、高压发生器、和高压分配器， 所述数据处理器依据输出压力值控制所述高压发生器生成的电压，所述高压发 生器将生成电压传送到所述高压分配器，所述数据处理器控制所述高压分配器 分配给所述致动装置的电压、频率与/或时长。
优选的，在所述输入通道上设置一输入单向阀。
优选的，所述输入单向阀包括第一阀片和第一导流支撑板，所述第一阀片 附着在所述第一导流支撑板的进液侧。
优选的，所述第一导流支撑板为多孔网板、塔形弹簧或盘簧。 优选的，在所述输出通道上设置一输出单向阀。
优选的，所述输出单向阀包括第二阀片和第二导流支撑板，所述第二阀片 附着在所述第二导流支撑板的进液侧。
优选的，所述第二导流支撑板为多孔网板、塔形弹簧或盘簧。 优选的，所述致动装置为压电陶瓷片。 优选的，所述隔膜为弹性隔膜。
优选的，所述致动装置为磁致伸缩设备，所述磁致伸缩设备包括磁致伸缩 材料和线圏，所述线圈缠绕在所述磁致伸缩材料外周，所述磁致伸缩材料下方 固定有薄片。
优选的，所述致动装置为带凸轮电机，所述带凸轮电机包括凸轮和电机， 所述凸轮连接所述电机的执行机构，所述凸轮下方固定有薄片。
优选的，所述致动装置是电磁铁，所述电磁铁包括电工软铁和线圏，所述 线圏缠绕在所述电工软铁外周，所述电工软铁下方固定有薄片。
优选的，所述泵用于胰岛素注射器。
本发明还公开一种泵的输出液量的控制系统，包括致动装置、可变空间腔
体、输入通道及输出通道，还包括检测所述泵输出液量的流量传感器，所述 流量传感器传送输出液量值到信号控制装置，所述信号控制装置依据所述输出 液量值控制所述致动装置动作。
本发明还公开一种泵的输出液量的控制系统，包括致动装置、可变空间腔体、输入通道及输出通道，还包括检测所述泵输出液流速的流速传感器，所
述流速传感器传送输出液流速值到信号控制装置，所述信号控制装置依据所述 输出液流速值控制所述致动装置动作。
本发明在泵的出液位置加设压力传感器，该压力传感器检测泵的输出压 力，并根据该输出压力值调节泵内致动装置动作，进而控制泵的输出液量，实 现对泵输出液量的精确控制。


图1为现有的压电陶瓷泵的结构示意图2为图1所示压电陶瓷泵进液时工作过程示意图3为图1所示压电陶瓷泵出液时工作过程示意图4为本发明泵输出液量和输出压力的对应曲线；
图5为本发明第一实施例泵的输出液量的控制系统示意图6为本发明第二实施例泵的输出液量的控制系统示意图7为本发明第三实施例泵的输出液量的控制系统示意图8为本发明压力传感器设置位置示意图9为本发明压力传感器设置位置示意图10为本发明致动装置采用磁致伸缩设备的泵的结构示意图11为本发明致动装置采用电磁铁的泵的结构示意图12为本发明致动装置采用带凸轮电机的泵的结构示意图14为本发明泵的输出液量的控制方法流程图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
本发明在泵的出液位置加设压力传感器，该压力传感器检测泵的输出压 力，并根据该输出压力值调节泵内致动装置动作，进而控制泵的输出液量或输 出压力，实现对泵输出液量或输出压力的精确控制。
同理，本发明也可在泵的出液位置加设流量传感器，该流量传感器检测泵 的输出液量，并4艮据该输出液量控制泵内致动装置动作，进而调节泵的输出液量，实现对泵输出液量的精确控制。
本发明还可在泵的出液位置加设流速传感器，该流速传感器检测泵的输出 液流速，并根据该输出液流速值控制泵内致动装置动作，进而调节泵的输出液 量，实现对泵输出液量的精确控制。
当然，本发明不仅适用于输出介质为液体的泵，还适用于输出介质为气体 的泵。本发明泵的输出液量的控制系统及控制方法，可广泛适用于胰岛素注射 器等输液装置，及各种气体输送装置。
参阅图4，为泵的输出压力与输出液量的关系图，其横坐标为压力值，纵
坐标为时间，由图4中曲线可知，当加在压电陶瓷两端的电压和频率不变时， 输出同等液量，输出压力越大，所需的时间越多。本发明通过检测泵的输出压 力值，依据该输出压力值调节施加到泵内致动装置的电压，改变致动装置的动 作幅度，实现对泵的输出液量的精确控制。
参阅图5,泵的输出液量控制系统包括泵10、压力传感器30、及信号控 制装置60，其中，泵10包括致动装置17,信号控制装置60包括数据处理器 61、高压发生器62、及高压分配器63。
压力传感器30设置在泵10内出液位置，可准确检测泵10的输出压力值。 输出压力为泵10输出液体的压力，或该输出液体的压力经相应的传递、变化 后的压力。
压力传感器30将检测到的压力值传送给数据处理器61,数据处理器61 依据该压力值计算高压发生器62需生成的电压值，并将该电压值传送到高压 发生器62。数据处理器61可内置输出压力值与电压值的对应关系表，或输出 压力和流量对照表，依据该对应关系表，数据处理器61可查找到与输出压力 <直，于应的电压<直。
高压发生器62调整生成的电压值到要求的电压值，将调整后的电压传送 到高压分配器63。
高压分配器63将电压转换为单方向的脉动直流电压，或双方向的交流电 压，作用到泵10的致动装置17上，改变致动装置17的动作频率，进而改变 泵10内出液压力，出液压力决定泵的单次动作输出液量，因此可实现对输出 液量的精确控制。
9本发明通过检测泵10的输出压力值，调节施加到泵10的电压值，控制泵 IO的输出液量，形成一个闭环的反馈控制系统。该系统通过不断的反馈调节， 实现对泵10的输出液量或输出压力的精确控制。
本发明也可依据输出压力值调节高压分配器63的动作频率和时长，施加 到致动装置17,实现对泵10输出液量的精确控制。参阅图6，数据处理器61 接收到压力传感器30传送的输出压力值，依据该输出压力值计算在此压力下 需分配给致动装置17的动作次数，该动作次数可以用频率和时长的乘积来实 现，也可以先确定频率，再计算高压分配器的换向次数，将换向次数作为分配 给致动装置17的动作次数，完成对致动装置17的控制，以实现对输出液量的 精确控制。
在泵10的工作过程中，输出液体的压力可能会改变，此时通过压力传感 器30的实时检测，数据处理器61实时调整高压分配器63,以达到对泵10输 出液量的精确控制。
本发明也可依据输出压力值同时调节高压发生器62和高压分配器63，以 实现对泵IO输出液量的精确控制。参阅图7，数据处理器61接收到压力传感 器30传送的输出压力值，依据该输出压力值计算高压发生器62需生成的电压 值，及高压分配器63需分配给致动装置17的频率，以及动作时长或动作次数， 并将计算结果分别传送到高压发生器62和高压分配器63。高压发生器62将 相应的电压传送给高压分配器63，高压分配器63将该电压变换成所需的交变 电压，施加到致动装置17上，并控制交变电压的时长或交变次数，以实现对 泵10的输出液量或输出压力的精确控制。
数据处理器61依据检测的输出压力值同时调节高压发生器6 2和高压分配 器63,可根据需要合理调配高压发生器62和高压分配器63,使高压发生器 62和高压分配器63协调达到最佳工作状态。
总之,本发明数据处理器61完全可依据输出压力值计算泵10的输出液量， 依据该输出液量调节高压发生器62的输出电压，或调节高压分配器63分配给 致动装置17的电压的交变状态，或同时调节高压发生器62的输出电压和高压 分配器63分配给致动装置17的电压和交变状态，实现对泵10的输出液量的 精确控制。本发明泵1 0还可以包括存储器，存储器存储致动装置17的输出压力和流
量对照表，不同的泵IO,其存储器存储的对照表也不相同，对照表与泵10 — 一对应，可同时消除致动装置17的不一致性、压力传感器30的不一致性、同 时也能消除泵10在生产中产生的差异等等不一致性造成的误差。消除的方法 是在该泵制造完成后用标准仪器对泵进行标定，将实测的输出压力和流量对照 表写入存储器中。当泵10作为某设备中需要更换的部件时，更换后的泵10 使用自己存储器中自己的对照表，因此仍能够精确进行流量或压力控制。
如果泵10所在的可更换部件需要单独记录其工作累计时间，存储器放在 泵10内也可以提供累计数据的存放空间。当然存储器可以存放所有与泵10 有关的数据。
为能够更好的检测泵10的输出压力值，压力传感器30可设置在泵10的 输出通道上，或与输出通道相连通的保护腔体内。
本发明的泵IO,如其致动装置17采用压电陶瓷片，该泵可称为压电陶瓷泵。
参阅图8，压电陶资泵20包括压电陶资片21、可变空间腔体22、输入通 道23、输入单向阀24、输出单向阀25、输出通道26,压力传感器30和存储 器31。压电陶瓷片21紧密覆盖在可变空间腔体22的上方。压电陶瓷片21将 伴随交流电交替进行向上凸起和向下凹入动作。可变空间腔体22为一相对较 小的空间，四周为压电陶瓷泵10壳体，上方使用压电陶瓷片21密闭，下方通 过两个通道分别接通输入单向阀24和输出单向阀25。输入单向阀24下方连 接输入通道23,输出单向阀25下方连接输出通道26。压力传感器30设置在 输出通道26内。
当压电陶瓷泵20开始工作，推动液体经输出通道26流出泵外，液体流出 时，经过压力传感器30，压力传感器30就可准确检测出液体输出的压力，作 为压电陶瓷泵20的输出压力值。和压力传感器30 —起放置在泵中的和存储器 31存放这个泵的输出压力和流量的对照表。根据对照表，能够准确地知道在 目前输出压力下，泵的流量和流速，也就可以调整泵的工作参数达到要求的流 量流速或工作压力。
参阅图9，在保护腔体28上加设隔膜281,将保护腔体28隔离成封闭空间，防止液体腐蚀压力传感器30和存储器31，同时也能防止液体接触压力传 感器30和存储器31以及它们的焊接材料遭到污染。此时隔膜281应松弛到不 产生附加变形力。
本发明致动装置17也可采用磁致伸缩设备、电磁铁、带凸轮的电机等。 参阅图10,磁致伸缩设备31包括磁致伸缩材料311和线圈312,线圈312 缠绕在磁致伸缩材料311的外周，磁致伸缩材料311下方固定有薄片313。线 圈312接交流电源，当线圈312上电工作，产生磁场，磁致伸缩材料311因磁 场作用上下伸缩运动，带动薄片313上下动作，从而改变可变空间腔体22的 体积。
参阅图11，电磁铁41包括电工软铁411和线圏412，此时上盖可以是永 磁铁。线圈412缠绕在电工软铁411的四周，电工软铁411下方固定有薄片 413。线圏412接交流电源，当线圈412上电工作，产生^f兹场，电工软铁411 在磁场作用下与永磁铁之间产生吸力和推力而上下运动，带动薄片413上下动 作，从而改变可变空间腔体22的体积。
改变施加到线圏412上的电压值或频率，可改变电工软铁411作上下运动 的幅度或频率，进而改变泵10内液体输出的压力和速度，实现对泵10输出液 量的控制。
参阅图12，带凸轮电机51包括电机511和凸轮512,凸轮512下方固定 有薄片513。电机511接电源，当电机511上电工作，使凸轮512上下运动， 带动薄片513上下动作，从而改变可变空间腔体22的体积。
改变施加到电机511上的电压值或电压频率，可改变凸轮512作上下运动 的力度或频率，进而改变泵IO内液体输出的压力和速度，实现对泵10输出液 量的控制。
本发明泵10的输入单向阀24和输出单向阀25均可采用一种浮动阀片加 导流支撑板结构的浮动式阀门。参阅图13,输入单向阀24包括第一导流支撑 板241和第一阀片242,第一阀片242附着在第一导流支撑板241的下方。第 一导流支撑板241可以是多孔网板、塔形弹簧或盘簧。
输出单向阀25包括第二导流支撑板251和第二阀片252,第二阀片252 附着在第二导流支撑板251的上方。第二导流支撑板251可以是多孔网板、塔
12形弹簧或盘簧。
本发明泵10在应用到胰岛素泵上时，通过控制施加到泵10上致动装置 17的电压和频率，可精确控制胰岛素泵输出的胰岛素量，确保注射的准确。
基于上述泵的输出液量的控制系统，本发明还提供一种泵的输出液量的控 制方法。具体步骤参阅图14。
步骤S141、数据处理器对内部程序进行初始化，检测是否接收到结束命 令，如是，结束操作，如否，转到步骤S142。
步骤S142、数据处理器通过压力传感器获取泵的当前输出压力值。
步骤S143、数据处理器判断是否依据输出压力值进行调节，如是，进一 步判断是否达到要求的压力值，如达到，停止动作，返回步骤S141;如没达 到，转到步骤S146,如否，转到步骤S144。
步骤S144、数据处理器判断是否依据输出介质流速进行调节，如是，进 一步判断是否达到要求的流速值，如达到，保持动作，返回步骤S141;如没 达到，转到步骤S146,如否，转到步骤S145。
步骤S145、数据处理器判断是否依据输出介质流量进行调节，如是，进 一步判断是否达到要求的流量值，如达到，结束操作；如没达到，转到步骤 S146,如否，结束操作。
步骤S146、数据处理器判断需要调节的电压值还是频率。
步骤S147、数据处理器查表得到需要修正的电压量或频率量。
步骤S148、数据处理器调节高压发生器或分配器。
以上对本发明所提供的 一种泵的输出液量的控制系统和控制方法，进行了
上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本 领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会 有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1、一种泵的输出液量的控制方法，其特征在于，包括检测所述泵的输出压力值；依据所述输出压力值控制所述泵的致动装置动作，进而控制所述泵的输出液量、输出液流速或输出压力。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述输出压力值控制所 述泵的致动装置动作具体为计算所述压力值对应的输出液量；判断上述输出液量是否达到预设值，如否，调整输出到所述泵上致动装置 上的电压值，控制所述致动装置动作。
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述输出压力值控制所 述泵的致动装置动作具体为计算所述压力值对应的输出液量；判断上述输出液量是否达到预设值，如否，调整输出到所述泵上致动装置 上的频率或动作次数，控制所述致动装置动作。
4、 一种泵的输出液量的控制系统，包括致动装置、可变空间腔体、输入 通道及输出通道，其特征在于，还包括；^测所述泵的输出压力的压力传感器， 所述压力传感器传送输出压力值到信号控制装置，所述信号控制装置依据所述 输出压力值控制所述致动装置动作。
5、 如权利要求4所述的泵，其特征在于，所述压力传感器设置在所述输 出通道内。
6、 如权利要求4所述的泵，其特征在于，还包括与所述输出通道连通的 保护腔体，所述压力传感器设置在所述保护腔体内。
7、 如权利要求6所述的泵，其特征在于，所述保护腔体内设一隔膜，将 所述保护腔体隔离成封闭空间。
8、 如权利要求4所述的泵，其特征在于，所述信号控制装置包括数据处 理器、高压发生器、和高压分配器，所述数据处理器依据输出压力值控制所述 高压发生器生成的电压值，所述高压发生器将该电压值传送到所述高压分配 器，所述高压分配器将该电压转换后输出到所述致动装置。
9、 如权利要求4所述的泵，其特征在于，所述信号控制装置包括数据处理器、高压发生器、和高压分配器，所述高压分配器接收所述高压发生器传送 的电压，所述数据处理器依据输出压力值控制所述高压分配器分配给所述致动 装置的正负电压及转换次数。
10、 如权利要求4所述的泵，其特征在于，所述信号控制装置包括数据处 理器、高压发生器、和高压分配器，所述数据处理器依据输出压力值控制所述 高压发生器生成的电压，所述高压发生器将生成电压传送到所述高压分配器， 所述数据处理器控制所述高压分配器分配给所述致动装置的电压、频率与/或 时长。
11、 如权利要求4所述的泵，其特征在于，在所述输入通道上设置一输入 单向阀。
12、 如权利要求11所述的泵，其特征在于，所述输入单向阀包括第一阀 片和第一导流支撑板，所述第一阀片附着在所述第一导流支撑板的进液侧。
13、 如权利要求12所述的泵，其特征在于，所述第一导流支撑板为多孔 网板、塔形弹簧或盘簧。
14、 如权利要求4所述的泵，其特征在于，在所述输出通道上设置一输出 单向阀。
15、 如权利要求14所述的泵，其特征在于，所述输出单向阀包括第二阀 片和第二导流支撑板，所述第二阀片附着在所述第二导流支撑板的进液侧。
16、 如权利要求15所述的泵，其特征在于，所述第二导流支撑板为多孔 网板、塔形弹簧或盘簧。
17、 如权利要求4至16任一项所述的泵，其特征在于，所述致动装置为 压电陶瓷片。
18、 如权利要求4至16任一项所述的泵，其特征在于，所述隔膜为弹性 隔膜。
19、 如权利要求4至16任一项所述的泵，其特征在于，所述致动装置为 磁致伸缩设备，所述磁致伸缩设备包括磁致伸缩材料和线圏，所述线圈缠绕在 所述不兹致伸缩材料外周，所述》兹致伸缩材料下方固定有薄片。
20、 如权利要求4至16任一项所述的泵，其特征在于，所述致动装置为带凸轮电机，所述带凸轮电机包括凸轮和电机，所述凸轮连接所述电机的执行 机构，所述凸轮下方固定有薄片。
21、 如权利要求4至16任一项所述的泵，其特征在于，所述致动装置是电磁铁，所述电磁铁包括电工软铁和线圏，所述线圏缠绕在所述电工软铁外周， 所述电工软铁下方固定有薄片。
22、 如权利要求4至16任一项所述的泵，其特征在于，所述泵用于胰岛 素注射器。
23、 一种泵的输出液量的控制系统，包括致动装置、可变空间腔体、输入 通道及输出通道，其特征在于，还包括检测所述泵输出液量的流量传感器， 所述流量传感器传送输出液量值到信号控制装置，所述信号控制装置依据所述 输出液量值控制所述致动装置动作。
24、 一种泵的输出液量的控制系统，包括致动装置、可变空间腔体、输入 通道及输出通道，其特征在于，还包括检测所述泵输出液流速的流速传感器， 所述流速传感器传送输出液流速值到信号控制装置，所述信号控制装置依据所 述输出液流速值控制所述致动装置动作。
全文摘要
本发明涉及一种泵的输出液量的控制系统，包括致动装置、可变空间腔体、输入通道及输出通道，还包括检测所述泵的输出压力的压力传感器，所述压力传感器传送输出压力值到信号控制装置，所述信号控制装置依据所述输出压力值控制所述致动装置动作。同时，本发明还公开一种泵的输出液量的控制方法，包括检测所述泵的输出压力值，依据所述输出压力值控制所述泵的致动装置动作，进而控制所述泵的输出液量或输出压力。本发明可对泵的输出液量或压力进行精确控制。
文档编号F04B43/02GK101634291SQ20081004105
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者刘宇程, 曾志海, 杨平中, 勤 王, 罗七一 申请人:微创医疗器械(上海)有限公司