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JP2013522531A - Dosing pump with piston stroke control device - Google Patents

Dosing pump with piston stroke control device Download PDF

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JP2013522531A JP2012557656A JP2012557656A JP2013522531A JP 2013522531 A JP2013522531 A JP 2013522531A JP 2012557656 A JP2012557656 A JP 2012557656A JP 2012557656 A JP2012557656 A JP 2012557656A JP 2013522531 A JP2013522531 A JP 2013522531A
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Abstract

定量ポンプのピストン3のストロークを制御するための装置であって、電磁石1を備え、電磁石1は、固定部分および前記ピストン3に固定された可動部分によって形成され、この場合、ピストンの各変位には、電磁石1のインダクタンスの様々な値、したがって、ピストンストローク自体の様々な値が対応するようになっている装置。
【選択図】 図1A
An apparatus for controlling the stroke of a piston 3 of a metering pump, comprising an electromagnet 1, which is formed by a fixed part and a movable part fixed to the piston 3, and in this case, for each displacement of the piston Is a device in which various values of the inductance of the electromagnet 1 and thus various values of the piston stroke itself correspond.
[Selection] Figure 1A

Description

本発明は、基本的に、液体を計量供給するための電磁駆動定量ポンプの分野に関する。   The present invention basically relates to the field of electromagnetically driven metering pumps for metering liquids.

前記定量ポンプは、各サイクルにおいて送出される液体について容積測定型の調節を行うことによって、様々な種類の添加液を計量供給するために使用されている。このような定量ポンプは、産業用途および家庭用途の双方の多くの場面で広く使用されている装置である。これらの用途として、例えば、
飲用水の処理、
公共の水プールおよび私的な水プール、
洗車設備、
洗濯場、
電気設備、
化学産業、
冷却塔、
滴下施肥、
農業食品産業、
他、
が挙げられる。
The metering pump is used to meter various types of additive liquids by making volumetric adjustments for the liquid delivered in each cycle. Such metering pumps are devices that are widely used in many scenes, both industrial and home. As these uses, for example,
Drinking water treatment,
Public water pool and private water pool,
Car wash equipment,
Laundry,
electrical equipment,
Chemical industry,
cooling tower,
Dripping fertilization,
Agricultural food industry,
other,
Is mentioned.

一般的な定量ポンプの作動の詳細に入る前に、計量供給が、いわゆるポンプボディ内にある機械部材(「膜」と呼ばれている)を脈動させることによって行われること、および、この機械部材が、ピストンに押されて、計量供給される液体を、目的に合わせて用意された、ポンプボディの供給路に注入することに留意すべきである。この場合、計量供給される液体は、この液体が注入される導管に存在する逆圧に打ち勝ちながら、処理されるシステムに誘導される。   Before entering into the details of the operation of a typical metering pump, the metering takes place by pulsing a mechanical member (called "membrane") in the so-called pump body and this mechanical member However, it should be noted that the liquid to be metered, pushed by the piston, is injected into the supply path of the pump body, which is prepared for the purpose. In this case, the liquid to be metered is directed to the system being processed while overcoming the counter pressure present in the conduit into which it is injected.

したがって、計量供給される液体を処理される液体と効果的に混合させるために必要な力を与えるべき主要な部材は、ピストンである。ピストンは、周期的に、吸入管からポンプボディ内に液体を吸い込み、この液体を供給管に注入する膜を動かすように設計された構成要素を構成している。   Thus, the primary member to provide the necessary force to effectively mix the metered liquid with the liquid to be treated is the piston. The piston periodically constitutes a component designed to move a membrane that draws liquid from the suction pipe into the pump body and injects this liquid into the supply pipe.

前記ピストンは、電磁石によって駆動される。したがって、電磁石は、ポンプの基本的な部分である。電磁石は、電機子を収容した固定部分と、ピストンに固定された可動部分(「プレート」と呼ばれる)から構成されている。   The piston is driven by an electromagnet. The electromagnet is therefore a fundamental part of the pump. The electromagnet includes a fixed portion that houses an armature and a movable portion (referred to as a “plate”) that is fixed to the piston.

プレートが、実質的に、電磁石の磁束に向かう接近部材(closing element)を構成しており、前記磁束は、前記プレートを、電磁石の留まっている固定部分の方に引き戻すように機能し、このようにして、変位が引き起こされることに留意すべきである。   The plate essentially constitutes a closing element towards the magnetic flux of the electromagnet, which acts to pull the plate back towards the stationary part where the electromagnet stays, and so on. Thus, it should be noted that displacement is caused.

したがって、言い換えれば、仕事を得て、液体を移動させるために、電磁石は、機械的エネルギーへの電気エネルギーの変換を可能にする。   Thus, in other words, the electromagnet allows the conversion of electrical energy into mechanical energy in order to get work and move the liquid.

したがって、定量ポンプの電気的特性および機械的特性は、前記電磁石が、どのように設計、駆動、および制御されるかによって決まる。ポンプ内にある電子カードは、電磁石に電気エネルギーを供給し、最良の方法で、電磁石に供給される電気エネルギーを管理するものに他ならない。   Thus, the electrical and mechanical properties of the metering pump depend on how the electromagnet is designed, driven and controlled. The electronic card in the pump is nothing but the one that supplies electrical energy to the electromagnet and manages the electrical energy supplied to the electromagnet in the best way.

このように、定量ポンプの効率が高ければ高いほど、前記制御がよりよく行われることは明らかである。このことは、処理されるシステムにおいて行われる計量供給が成立するときは常に、最小限の電気エネルギー消費で、前記計量供給を連続して行う必要があるため、極めて重要な要因である。   Thus, it is clear that the higher the efficiency of the metering pump, the better the control. This is a very important factor because whenever the metering performed in the system being processed is established, the metering needs to be performed continuously with minimal electrical energy consumption.

実際、用途によっては、各注入時に少量の液体を供給する定量ポンプが必要であり、したがって、処理を行うために必要とされる体積を計量供給することができるためには、多数の注入が必要とされる。前記目標は、ピストンストロークを調節して、一定の注入を行わせることによって達成することができる。前述のストロークの調節によって、適切に液体の体積を計量供給することができる。このように、本発明は、入力変数が、本発明の場合、電磁石に供給される電流であり、制御される変数に帰着させることのできる適切な物理量、すなわち、注入体積の制御にもとづいて、フィードバックによるシステムによって調節される閉ループ調節システムの分野に入る。   In fact, depending on the application, a metering pump that supplies a small amount of liquid at each infusion is required, and thus a large number of infusions are required to be able to meter the volume required to perform the process. It is said. The goal can be achieved by adjusting the piston stroke to cause a constant injection. By adjusting the stroke, the liquid volume can be appropriately metered. Thus, the present invention is based on the control of the appropriate physical quantity that can be reduced to the controlled variable, i.e. the injection volume, where the input variable is the current supplied to the electromagnet in the case of the present invention. Enter the field of closed-loop regulation systems regulated by systems by feedback.

定量ポンプは、時間と共に進歩してきたが、電磁石の進化および様々な駆動および制御のシステムの研究に追随してきた。前記研究の目標は、以下の欠点を防止することであった。   Metering pumps have progressed over time, but have followed the evolution of electromagnets and various drive and control systems. The goal of the study was to prevent the following drawbacks.

エネルギーの浪費。これは、過去には、システムの逆圧に打ち勝つために、どれほどの力が必要であろうとも、持続時間が一定である電圧パルスが、電磁石に印加されていたという事実に起因していた。実際、処理される液体の存在するシステムの圧力が低ければ低いほど、その結果として、前記逆圧に打ち勝つために必要なスラストが小さくなるため、エネルギーの浪費は大きくなる。   Waste of energy. This has been attributed in the past to the fact that a voltage pulse with a constant duration was applied to the electromagnet, no matter how much force was needed to overcome the back pressure of the system. In fact, the lower the pressure of the system in which the liquid to be processed is, the greater the waste of energy, as a result the less thrust is required to overcome the counter pressure.

機器の過剰な加熱、特に、電磁石の過剰な加熱。これは、過去には、供給されるエネルギーが、先のポイントで説明した内容に関係がある打ち勝つ力にもとづいて制御されなかったという事実に起因していた。これに伴って、中長期にわたる電機子の抵抗の増加による性能の低下が結果的に生じていた。   Excessive heating of equipment, especially excessive heating of electromagnets. This has been attributed in the past to the fact that the energy supplied has not been controlled on the basis of the overcoming force that is related to what was explained in the previous point. Along with this, the performance deteriorated due to the increase in the resistance of the armature over the medium and long term.

耐用年数の低下。これは、電子部品および電磁石の双方の中〜高作動温度によって引き起こされていた。   Reduced service life. This was caused by medium to high operating temperatures of both electronic components and electromagnets.

所望のポンプ容量を得るために、ピストンストロークのキャリブレーションのための機械的手段を有する必要性。この結果、電磁石内にシムワッシャを導入する必要があった。   The need to have mechanical means for piston stroke calibration to obtain the desired pump capacity. As a result, it was necessary to introduce a shim washer into the electromagnet.

機械的にのみピストンストロークを限定し、したがって、機器に供給される電気エネルギーを比例的に減少させることなく、注入量を減少させる、ストロークの調節のための機械的なシステムを備える必要性。この事実は、同じ注入ならば、プロダクトの供給が最小の場合でも、エネルギー消費のレベルが一定であることを含意している。この種の機器は、高レベルの効率性によって特徴付けられない。   The need to provide a mechanical system for stroke adjustment that limits the piston stroke only mechanically and thus reduces the injection volume without proportionally reducing the electrical energy supplied to the instrument. This fact implies that for the same injection, the level of energy consumption is constant even when the supply of product is minimal. This type of equipment is not characterized by a high level of efficiency.

米国特許出願公開第20090206184号明細書から、アクセサリチャネル内を摺動し、かつニードル弁とは異なる可動ピストンの変位を検出するセンサを用いた燃料インジェクタの制御に関する、燃焼室への注入のためのシステムが知られている。このシステムの目的は、任意の動作不良(オンまたはオフの位置での遮断)の場合、ノズル、インジェクタ、または燃焼室の幾何学的構造が劣化した場合、注入パルスの形状を変更する必要がある場合に、インジェクタの動作を制御するために、アクセサリピストンの変位の信号を監視して処理することである。米国特許出願公開第20090206184号明細書では、ピストンの変位が、ピストン自体の2つの端部間に存在する圧力差に従属する。すなわち、上端部の圧力は、注入システムの上流に発生する供給圧力に従属し、底端部の圧力は、関連する幾何学的構造によってその体積が決まる「予備注入」室の圧力に従属する。前述した圧力差は、明らかに、供給圧力、供給周波数、およびインジェクタの状態によって決まる。事実、インジェクタの3つの状態を区別することができる。すなわち、この3つの状態というのは、閉じた状態(「オフ」)、中間の状態(「遮断」)、開いた状態(「オン」)である。これらは、それぞれ、以下の状態として規定される。オフ:ノズルは、ニードルによって閉じられており、予備注入室は、供給源と連通しており、摺動可能なピストンの端部は、同一の圧力にさらされている。遮断:ノズルは、依然として閉じられており、供給ダクトは、幾何学的に閉じられており、これにより、予備注入室と供給源とが分離されている。オン:ノズルへの流路は、開放されており、予備注入室は、供給源と連通しておらず、可動ピストンは、ノズルのポートが開くことによって発生する負圧に従って下方に変位する。   From U.S. Patent Application Publication No. 20090206184, for injection into a combustion chamber for control of a fuel injector using a sensor that slides in an accessory channel and detects a displacement of a movable piston different from the needle valve. The system is known. The purpose of this system is to change the shape of the injection pulse in the event of any malfunction (blocking in the on or off position), if the nozzle, injector or combustion chamber geometry deteriorates In some cases, the displacement signal of the accessory piston is monitored and processed to control the operation of the injector. In US 20090206184, the displacement of the piston is dependent on the pressure difference that exists between the two ends of the piston itself. That is, the top pressure is dependent on the supply pressure generated upstream of the injection system, and the bottom pressure is dependent on the pressure of the “pre-injection” chamber whose volume is determined by the associated geometric structure. The aforementioned pressure difference is clearly determined by the supply pressure, the supply frequency, and the state of the injector. In fact, the three states of the injector can be distinguished. That is, the three states are a closed state (“off”), an intermediate state (“blocked”), and an open state (“on”). These are respectively defined as the following states. Off: The nozzle is closed by a needle, the pre-injection chamber is in communication with the source, and the end of the slidable piston is exposed to the same pressure. Blocking: The nozzle is still closed and the supply duct is geometrically closed, thereby separating the pre-injection chamber and the source. On: The flow path to the nozzle is open, the pre-injection chamber is not in communication with the supply source, and the movable piston is displaced downward according to the negative pressure generated by opening the nozzle port.

本発明は、米国特許出願公開第20090206184号明細書の注入システムに記載されているものと比べて、一連の大幅な相違を有する。この注入システムでは、インジェクタまたは行われる制御のタイプに関係なく、供給ポンプが、完全に、インジェクタから分離されている。事実、本発明では、ポンプ作動および注入作動は、通電制御される磁石、ピストン、およびダイヤフラムを備える同一の装置によって行われる。ダイヤフラムは、液体をダクトへ押しやり、ダクトの開/閉は、もっぱら流体力学的効果のために作動する特定のバルブによって保証される。   The present invention has a series of significant differences compared to that described in the injection system of U.S. Patent Application Publication No. 20090206184. In this injection system, the feed pump is completely separated from the injector, regardless of the injector or the type of control being performed. In fact, in the present invention, the pump operation and the injection operation are performed by the same device including a magnet, a piston, and a diaphragm that are energized and controlled. The diaphragm pushes liquid into the duct, and the opening / closing of the duct is ensured by a specific valve that operates exclusively for hydrodynamic effects.

さらに、米国特許出願公開第20090206184号明細書は、注入条件の変化に応じて変位する補助ピストンによって得られる制御装置について記載している。この変位は、特定のセンサによって検出される。変位のデータは、上流の供給条件を修正し、予備注入室の体積および圧力を元に戻すために処理される。   Furthermore, U.S. Patent Application Publication No. 20090206184 describes a control device obtained by an auxiliary piston that is displaced in response to changes in injection conditions. This displacement is detected by a specific sensor. The displacement data is processed to correct upstream feed conditions and restore the pre-injection chamber volume and pressure.

その代わりとして、本発明によれば、ポンプピストンの位置の変動に応じて磁石の電気回路自体に生じるインピーダンスの変動を測定することによって、ピストン自体の位置を決定し、このことから、流体の所定の流速を保証すために関連するエネルギーを制御することが可能である。言い換えれば、他の可動部材の間接的測定を用いる必要なく、装置の電気的特性を測定することによって、装置の変位の制御を行うことが可能である。   Instead, according to the present invention, the position of the piston itself is determined by measuring the variation in impedance that occurs in the magnet's electrical circuit itself in response to the variation in the position of the pump piston, from which a predetermined fluid flow is determined. It is possible to control the associated energy in order to guarantee the flow rate. In other words, it is possible to control the displacement of the device by measuring the electrical properties of the device without having to use indirect measurements of other movable members.

最後に、米国特許出願公開第20090206184号明細書では、特定の構造における補助ピストンの位置は、追加アクチュエータによって補正することができる。センサによって検出される変位のデータは、この場合、予備注入室の体積および圧力を元に戻すためにも処理される。その代わりとして、本発明では、磁石の電気回路のインピーダンスの測定を処理することによって、ポンプピストンの位置を変動させ、したがって、流体の所定の流速を保証することが可能である。このように、予備注入室の追加アクチュエータを用いることなく、ポンプピストンに直接作用することによって、装置の変位の制御を行うことが可能である。   Finally, in US 20090206184, the position of the auxiliary piston in a particular structure can be corrected by an additional actuator. The displacement data detected by the sensor is in this case also processed to restore the preinjection chamber volume and pressure. Instead, in the present invention, it is possible to vary the position of the pump piston by processing the measurement of the impedance of the magnet's electrical circuit, thus ensuring a predetermined flow rate of the fluid. In this way, it is possible to control the displacement of the device by acting directly on the pump piston without using an additional actuator in the preliminary injection chamber.

結論として、2つのシステムに類似点を見出そうとするならば、次のように言うことができる。米国特許出願公開第20090206184号明細書の注入システムでは、互いに異なる部材として、ポンプ装置、インジェクタ、補助ピストン、運動センサ、および補助ピストンのアクチュエータが考えられ、ポンプ部材に対して追加された装置(センサ+アクチュエータ)を用いて検出された信号にもとづいて制御が行われる。これに対して、本特許明細書に記載された革新的なシステムは、磁石の測定および電気的制御によって、ポンプ装置のみを管理する。すなわち、ポンプアセンブリは、追加の部材をもたない、センサ兼アクチュエータなのである。   In conclusion, if we try to find similarities between the two systems, we can say: In the injection system of U.S. Patent Application Publication No. 20090206184, a pump device, an injector, an auxiliary piston, a motion sensor, and an actuator of the auxiliary piston are considered as different members, and a device (sensor) added to the pump member is considered. Control is performed based on the signal detected using the + actuator). In contrast, the innovative system described in this patent specification manages only the pumping device through magnet measurement and electrical control. That is, the pump assembly is a sensor and actuator with no additional members.

さらに、国際公開第2007/007365号パンフレットから、インダクタンスの変動に関係して、電流のカーブに対応する変動を発生させ、電子回路が行う解析によって、プレートと電磁石の芯との接触点を特定する定量ポンプが知られている。このように、装置が、ピストンの行程端(end−of−travel)を特定し、このようにして、電磁石の駆動を中断することができ、これにより、エネルギーの無駄な浪費が防止され、したがって、製品の性能を脅かす熱の無駄な浪費が防止される。   Further, from WO 2007/007365 pamphlet, the fluctuation corresponding to the current curve is generated in relation to the fluctuation of the inductance, and the contact point between the plate and the core of the electromagnet is specified by the analysis performed by the electronic circuit. Metering pumps are known. In this way, the device can identify the end-of-travel of the piston and thus interrupt the drive of the electromagnet, thereby preventing wasted energy and thus , Wasteful waste of heat that threatens product performance is prevented.

さらに、本発明は、インピーダンスを計算するために使用される、電流の測定を考えているが、国際公開第2007/007365号パンフレットに示されているものとは異なり、プレートの到着点、したがって、行程端を遮断することに限定されず、インダクタンスの値とストローク中のピストンがとる位置との関係を設定し、使用者が入力した設定にもとづいて、どの位置でピストンストロークを遮断するのかを決定する。本発明によって、100分の1の正確さで、ピストンストロークを制御することが、したがって、添加液の各1回の注入のためのポンプ容量を制御することが可能である。   Furthermore, the present invention contemplates the measurement of the current used to calculate the impedance, but unlike that shown in WO 2007/007365, the arrival point of the plate, and thus Not limited to shutting off the stroke end, set the relationship between the inductance value and the position taken by the piston during the stroke, and determine at which position the piston stroke is cut off based on the settings entered by the user To do. With the present invention, it is possible to control the piston stroke with 1 / 100th accuracy, thus controlling the pump capacity for each single injection of additive liquid.

独国実用新案第202005013089号明細書は、装置に仕事を適切に行わせるために必要なエネルギー量を決定するために、ピストンストロークの制御を行う電子定量ポンプに関する。前記文献の分析から、この電子定量ポンプは、機械的システムによってピストンストロークを調節し、光学センサに補助されて、使用者が設定するストロークを検出し、制御信号を用いて電磁石を駆動する電子回路にデータを送信し、ポンプが行うべき仕事と同等のエネルギー含量を有することが帰結する。   German utility model 202005013089 relates to an electronic metering pump which controls the piston stroke in order to determine the amount of energy required for the device to properly perform its work. From the analysis of the above literature, this electronic metering pump is an electronic circuit that adjusts the piston stroke by a mechanical system, detects the stroke set by the user with the aid of an optical sensor, and drives the electromagnet using the control signal Results in having an energy content equivalent to the work that the pump is to perform.

独国実用新案第202005013089号明細書と異なり、本発明は、エネルギーの無駄な浪費を防止し、これをピストンストロークを制御するための機械的なシステムに取っておくために、電磁石への電流を制御することに限定されず、正確な電流量でソレノイドを駆動し、インピーダンスの計算によってその前進を制御し、電子回路のキャリブレーションによって設定することのできる明確に定義された位置でのその遮断を決定する。言い換えれば、本発明では、ポンプ容量は機械的には制御されず、すべてが、電磁石を駆動し、ピストンの行程端を制御し、したがって、100分の1の正確さでポンプ容量を決定する電子システムに委ねられている。   Unlike the German utility model 202005013089, the present invention reduces the waste of energy and saves the current to the electromagnet in order to keep it in a mechanical system for controlling the piston stroke. It is not limited to control, it drives the solenoid with the correct amount of current, controls its advancement by calculating impedance, and its interruption at a well-defined position that can be set by calibration of the electronic circuit. decide. In other words, in the present invention, the pump capacity is not mechanically controlled, all of which drive the electromagnet and control the stroke end of the piston, thus determining the pump capacity with 1 / 100th accuracy. It is left to the system.

国際公開第03/023226号パンフレットは、医薬品を人体に注入するための電磁石定量ポンプについて記載している。この電磁石定量ポンプでは、装置には、バッテリーからエネルギーが供給され、装置は、供給電源と接続されていない。このため、前記文献に記載された発明は、電気エネルギーの最低限の使用による正確な計量供給を保証し、バッテリーの耐用年数を長くするとう利点を有するシステムに関する。   WO 03/023226 describes an electromagnet metering pump for injecting pharmaceuticals into the human body. In this electromagnet metering pump, the device is supplied with energy from a battery and the device is not connected to a supply power source. For this reason, the invention described in said document relates to a system having the advantage of ensuring an accurate metering with minimal use of electrical energy and extending the useful life of the battery.

国際公開第03/023226号パンフレットの分析から、スイッチおよび信号の起動によってポンプにエネルギーが供給される瞬間、アキュムレータとして機能するコンデンサは、所定の期間、充電されており、制御回路が、制御信号34およびスイッチによって、ポンプが供給する注入の開始を決定するソレノイドを駆動するまで、前記状態のままであり続けることを理解することができる。原理は、ありふれたものに思われるかもしれないが、実際は、「スマート」にコンデンサの充電/放電が制御され、駆動の瞬間に、ポンプの適切な作動に必須の最小エネルギーが引き出され、かなりのエネルギーの節約が達成される。   From the analysis of WO 03/023226, at the moment when energy is supplied to the pump by the activation of the switch and the signal, the capacitor functioning as an accumulator is charged for a predetermined period, and the control circuit controls the control signal 34. It can be seen that the switch remains in that state until it activates the solenoid that determines the start of infusion delivered by the pump. The principle may seem common, but in practice, the charging / discharging of the capacitor is controlled “smartly”, and at the moment of driving, the minimum energy required for proper operation of the pump is drawn out, Energy savings are achieved.

結論として、国際公開第03/023226号パンフレットに記載されたシステムは、ソレノイドに使用されるエネルギーの適切な量を決定するために、電圧、および電流の漸進的変動を制御する。   In conclusion, the system described in WO 03/023226 controls the gradual variation of voltage and current to determine the appropriate amount of energy used for the solenoid.

国際公開第03/023226号パンフレットと異なり、本発明は、瞬間的にポンプの注入量を修正するための、ストロークの制御にもとづいている。適切な場合には、本発明は、行程端に到達したか否かを決定することに限定されずに、磁石に生じていることにもとづいてリアルタイムで制御が行われ、インピーダンスが計算され、ピストンストロークが停止すべき正確な位置が決定される。本発明に特有の特徴によれば、ソレノイドは、アクチュエータの機能を行うだけでなく、システムのセンサの機能も行う。   Unlike WO 03/023226, the present invention is based on stroke control for instantaneously correcting the pump injection rate. Where appropriate, the present invention is not limited to determining whether the stroke end has been reached, but is controlled in real time based on what is occurring in the magnet, the impedance is calculated, and the piston The exact position where the stroke should stop is determined. According to a characteristic characteristic of the invention, the solenoid not only functions as an actuator but also functions as a sensor of the system.

本発明の主な目的は、低エネルギー消費で高性能の、新しい、最新世代の定量ポンプを提案することによって、先に列挙したすべての欠点を克服することである。   The main object of the present invention is to overcome all the drawbacks listed above by proposing a new, latest generation metering pump with low energy consumption and high performance.

上記内容は、本発明によれば、電磁石のインピーダンスの値(有利なことに、例えば動作温度、機械的磨耗、および供給電圧などの外的要因に対して感受性の低い量である)の制御にもとづくストロークの革新的な調節(注入量の動的変動)を提案することによって、達成される。   The above is in accordance with the present invention for controlling the value of the impedance of an electromagnet (advantageously, an amount that is less sensitive to external factors such as operating temperature, mechanical wear, and supply voltage). This is achieved by proposing an innovative adjustment of the underlying stroke (dynamic variation of the injection volume).

上記の種類の定量ポンプは、電流性能を改善し、エネルギー消費のレベルを最小限にまで引き下げ、同時に、磨耗しがちである機械的な装置を用いることなく、もっぱら電磁石の幾何学的形状によって決まる物理量の測定によるピストンストロークの制御にもとづいて正確な計量供給を保証することによって、既存の機器と交換できるように設計されている。   The above types of metering pumps improve current performance, reduce the level of energy consumption to a minimum, and at the same time depend solely on the electromagnet geometry without the use of mechanical devices that tend to wear out It is designed to be interchangeable with existing equipment by ensuring accurate metering based on piston stroke control by physical quantity measurement.

本発明の主題を形成し、かつ電磁石が取り付けられた定量ポンプの軸方向断面図および空隙を示している拡大詳細図である。FIG. 2 is an enlarged detail view showing an axial section and a void of a metering pump forming the subject of the present invention and fitted with an electromagnet. 電磁石を示している図1Aの拡大詳細図を示している。1B shows an enlarged detail view of FIG. 1A showing an electromagnet. FIG. コイルに電位差が印加される瞬間における、芯に対するプレートの変位中の位置を示している。前記変位が「ピストンストローク」として規定され得る。ピストンストロークが変動するとき、電磁石のインダクタンスの値が変化する。It shows the position during displacement of the plate relative to the core at the moment when the potential difference is applied to the coil. Said displacement may be defined as a “piston stroke”. When the piston stroke fluctuates, the inductance value of the electromagnet changes. コイルに電位差が印加される瞬間における、芯に対するプレートの変位中の位置を示している。前記変位が「ピストンストローク」として規定され得る。ピストンストロークが変動するとき、電磁石のインダクタンスの値が変化する。It shows the position during displacement of the plate relative to the core at the moment when the potential difference is applied to the coil. Said displacement may be defined as a “piston stroke”. When the piston stroke fluctuates, the inductance value of the electromagnet changes. コイルに電位差が印加される瞬間における、芯に対するプレートの変位中の位置を示している。前記変位が「ピストンストローク」として規定され得る。ピストンストロークが変動するとき、電磁石のインダクタンスの値が変化する。It shows the position during displacement of the plate relative to the core at the moment when the potential difference is applied to the coil. Said displacement may be defined as a “piston stroke”. When the piston stroke fluctuates, the inductance value of the electromagnet changes. コイルに電位差が印加される瞬間における、芯に対するプレートの変位中の位置を示している。前記変位が「ピストンストローク」として規定され得る。ピストンストロークが変動するとき、電磁石のインダクタンスの値が変化する。It shows the position during displacement of the plate relative to the core at the moment when the potential difference is applied to the coil. Said displacement may be defined as a “piston stroke”. When the piston stroke fluctuates, the inductance value of the electromagnet changes.

本発明は、以下の詳細な説明および添付図面の参照からよりよく理解されるが、添付図面は、非限定的例としてのみ、本発明の好ましい実施形態を示している。   The present invention will be better understood from the following detailed description and reference to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the invention by way of non-limiting example only.

本発明に係る定量ポンプは、基本的に、3つの基本的な部材、すなわち、電子カード、電磁石、およびポンプボディによって構成されている。   The metering pump according to the present invention is basically constituted by three basic members, that is, an electronic card, an electromagnet, and a pump body.

システムの中核は、電磁石である。電磁石は、電子カードによって適切に管理され、好ましくは0〜360パルス/分の範囲のパルスモードで、ばねによって引き戻されるピストンを駆動する。   The core of the system is an electromagnet. The electromagnet is appropriately managed by the electronic card and drives the piston pulled back by the spring, preferably in a pulse mode ranging from 0 to 360 pulses / minute.

本発明の根底にある進歩的なアイデアは、少しずつ電圧を増加させながら、電磁石を駆動し、その一方で同時に、前記電子システムが、考えられる最大ストロークにおけるピストンの位置に直接関連する、ソレノイドのインピーダンスの対応する値を得るために、ソレノイドを流れる電流を測定することにある。電子カードのインターフェースを介して操作者が直接設定することのできる電位差測定調節またはデジタル調節によって、100分の1の正確さで、ピストンの正確な停止点、すなわち、その最大ストロークを選択することができる。その結果、記載したポンプは、コストの掛かる特定の機械的調節または追加センサおよび電子的フィードバックの補助がなくても、電磁石の各1回の駆動によって注入される添加液の量を、極めて高い精度で変更することができる。   The inventive idea underlying the present invention is to drive the electromagnet while gradually increasing the voltage while at the same time the electronic system is directly related to the position of the piston at the maximum possible stroke. In order to obtain a corresponding value of impedance, the current flowing through the solenoid is to be measured. With the potentiometric or digital adjustment that can be set directly by the operator via the electronic card interface, it is possible to select the exact stopping point of the piston, ie its maximum stroke, with a precision of 1/100. it can. As a result, the described pumps provide very high accuracy for the amount of additive injected by each single drive of the electromagnet without the need for specific mechanical adjustments or additional sensors and electronic feedback that are costly. Can be changed.

記載した定量ポンプの作動について、電磁石1の可動部分(「プレート」2と呼ばれる)が、電磁石の芯に存在する磁束に接近するまで、変位させられ、これにより、プレート2に固定されたピストン3の変位が引き起こされることが考えられている。すでに述べたように、前記変位は、「ストローク」として規定される。   For the operation of the metering pump described, the moving part of the electromagnet 1 (referred to as “plate” 2) is displaced until it approaches the magnetic flux present in the core of the electromagnet, and thereby the piston 3 fixed to the plate 2. It is thought that the displacement of is caused. As already mentioned, the displacement is defined as a “stroke”.

電気的観点から、前記電磁石は、強磁性物質に収容された(所定の幾何学的形状の)巻線によって構成されたインダクタに他ならない。この場合、プレート2の変位に応じて閉じる傾向のある空隙が存在する。   From an electrical point of view, the electromagnet is nothing but an inductor constituted by a winding (having a predetermined geometric shape) housed in a ferromagnetic material. In this case, there is a gap that tends to close according to the displacement of the plate 2.

前記空隙は、電磁石の固定部分と可動部分との間の距離(L1、L2、L3、L4)である。この距離は、「ストローク」と一致している。可動部分(ピストンに固定されたプレート)が変位すると同時に、インダクタ自体の機械的特性が変動するため、特に、文字通り「磁気抵抗」として規定される物理的パラメータが変動するため、インダクタンスの値が変動する。   The gap is a distance (L1, L2, L3, L4) between the fixed portion and the movable portion of the electromagnet. This distance coincides with the “stroke”. At the same time as the movable part (plate fixed to the piston) is displaced, the mechanical characteristics of the inductor itself fluctuate. In particular, the physical parameter defined as literally “magnetoresistance” fluctuates, so the inductance value fluctuates. To do.

上述した内容を考慮するなら、プレート2の変位、したがって、ピストン3の変位と、前記変位の関数としてのインダクタンスの変動との関係を正確に決定することが可能である。この理由は、関連する量を、インダクタに典型的な量、すなわち、巻線の巻数、鉄芯の断面、空隙の長さなどに帰着させることができ、したがって、数学的に計算することができるからである。   In view of the above, it is possible to accurately determine the relationship between the displacement of the plate 2, and thus the displacement of the piston 3, and the variation in inductance as a function of said displacement. The reason for this can be that the relevant quantities can be reduced to those typical for inductors, i.e. the number of turns in the winding, the cross section of the core, the length of the air gap, etc. and can therefore be calculated mathematically. Because.

このため、本発明は、電磁石1のインダクタンスの測定(したがって、もっぱら製品の幾何学的形状のみによって決まる物理的パラメータ、および、いかなるタイプのドリフトの影響も受けない構造的パラメータの測定)と、ピストン3の変位とを関係付ける可能性にもとづいている。   For this reason, the present invention measures the inductance of the electromagnet 1 (thus measuring the physical parameters determined solely by the product geometry and the structural parameters unaffected by any type of drift) and the piston. This is based on the possibility of relating 3 displacements.

電磁石のインピーダンスは、巻線を構成する銅に典型的な抵抗係数、巻数から帰結する誘導係数、および鉄自体の幾何学的形状によって特徴付けられることが知られている。   It is known that the impedance of an electromagnet is characterized by the resistance coefficient typical of the copper that makes up the winding, the induction coefficient resulting from the number of turns, and the geometry of the iron itself.

機器の作動は、定電圧(V=一定)における電磁石のインピーダンスZ=V/Iの測定、および、例えば1ミリメートルの行程を得るように構成された、電磁石に供給される典型的なパルスの持続時間と等しい所定最大時間、例えば100msの間の1ミリ秒ごとの瞬間電流(I)の測定によって特徴付けられる。こうして、変位に対応する瞬間インピーダンスの100個の値が得られ、その結果、その100分の1の測定が行われる。   The operation of the instrument is a measurement of the impedance Z = V / I of the electromagnet at a constant voltage (V = constant) and the duration of a typical pulse supplied to the electromagnet configured to obtain, for example, a 1 millimeter stroke. Characterized by measurement of instantaneous current (I) every millisecond for a predetermined maximum time equal to time, eg 100 ms. In this way, 100 values of instantaneous impedance corresponding to the displacement are obtained, and as a result, one hundredth of the measurement is performed.

すでに述べた内容について、上記ポイントにおいて言及されたインピーダンスにおける電流の漸進的変動を表す式(これによって、電磁石の等価電気回路を示すことが可能である)は、以下の通りである。
i(t)=(V/R)*[l−e−(R/L)t
この場合、
Rは、電機子の純粋な抵抗であり、
Lは、電磁石のインダクタンスであり(プレートの変位に合わせて時間と共に変化する)、
Vは、印加される定電圧であり、
eは、ネイピア数であり、2.7182と同等である。
For what has already been described, the equation representing the gradual variation of the current in the impedance referred to at the above point (which can represent an equivalent electrical circuit of the electromagnet) is as follows:
i (t) = (V / R) * [1-e- (R / L) t ]
in this case,
R is the pure resistance of the armature,
L is the inductance of the electromagnet (changes with time according to the displacement of the plate),
V is a constant voltage applied,
e is the number of Napiers and is equivalent to 2.6182.

抵抗Rは、あらゆる場合に補正することのできる、温度の関数としての些細な変動を除いて、実際には一定であり続ける。極めて高い精度でストロークを調節することを望むならば、電磁石1の抵抗Rの値を補正し、電磁石1のインピーダンスをより正確に測定するために、温度センサを挿入すれば十分である。   The resistance R remains practically constant except for minor variations as a function of temperature that can be corrected in all cases. If it is desired to adjust the stroke with very high accuracy, it is sufficient to insert a temperature sensor in order to correct the value of the resistance R of the electromagnet 1 and to measure the impedance of the electromagnet 1 more accurately.

このようにして、インダクタンスLの変動は、電流の漸進的変動を変更し、電磁石1の幾何学的構造と数学的に関係していることが分かる。このため、定電圧における各電磁石の電流を単純にサンプリングし、ただ1度、最初の通電時に各電磁石のインピーダンスを測定することによって、これを特徴付けることが可能であり、サンプリングした値は、電磁石の作動条件のすべてにおいて繰り返される。これにより、先に言及した理由によって、ピストン3およびピストン3に固定されたプレート2の変位が示される。   In this way, it can be seen that the variation of the inductance L changes the gradual variation of the current and is mathematically related to the geometric structure of the electromagnet 1. For this reason, it is possible to characterize this by simply sampling the current of each electromagnet at a constant voltage and measuring the impedance of each electromagnet only once at the first energization. Repeated for all operating conditions. Thereby, the displacement of the piston 3 and the plate 2 fixed to the piston 3 is shown for the reason mentioned above.

本発明によれば、インピーダンスの測定は、電磁石1に加えられる力が、システムの逆圧によっては決まらずに、注入される液体の量を決定するピストンによって行われるべきストロークによって決まる限り、機器が接続されているシステムの圧力の影響を受けないし、前記圧力の変動の影響も受けない。   According to the present invention, the impedance measurement is performed as long as the force applied to the electromagnet 1 is determined by the stroke to be performed by the piston that determines the amount of liquid to be injected, not by the back pressure of the system. It is not affected by the pressure of the connected system, nor is it affected by the pressure fluctuation.

瞬間的にインピーダンスを測定することによって、さらに、送出される液体の流出を容易にするために、そのストロークの特定の位置でプレートを遮断すること、または、変位の長いパルスを維持することが可能であり、これにより、特に、粘性の液体が処理される場合に、水力効率が増加する。   By measuring the impedance instantaneously, it is also possible to block the plate at a specific position in its stroke or maintain a long pulse of displacement to facilitate the outflow of the delivered liquid This increases hydraulic efficiency, especially when viscous liquids are processed.

したがって、各電磁石は、インピーダンスの値が、ストロークと相互に関連付けられた、それ自身の表によって特徴付けられ、また、マイクロコントローラによって管理される。   Thus, each electromagnet is characterized by its own table of impedance values correlated with strokes and managed by a microcontroller.

本発明に特有の特徴によれば、電磁石1は、電子マイクロコントローラカードと接続される。電子マイクロコントローラカードは、リアルタイムで、ピストン3の位置を、電磁石1のインピーダンスの値の変動の関数として検出し、これにより、要求に応じて、前記ピストン3のストロークを調節し、その結果、ポンプによって瞬間的に注入される液体の量を調節するように設計されている。ピストン3のストロークが大きければ大きいほど、定量ポンプの容量が大きくなる。   According to a characteristic characteristic of the present invention, the electromagnet 1 is connected to an electronic microcontroller card. The electronic microcontroller card detects in real time the position of the piston 3 as a function of the variation of the impedance value of the electromagnet 1 and thereby adjusts the stroke of the piston 3 as required, so that the pump Is designed to regulate the amount of liquid injected instantaneously. The greater the stroke of the piston 3, the greater the capacity of the metering pump.

プレート2に固定されたピストン3がストロークしている間、電磁石1のインピーダンスは変動する。なぜならば、ストロークの変動に対応して、電磁石の磁気回路の磁気抵抗が変動し、したがって、電磁石のインダクタンスが変動するからである。このことから、本発明によれば、先に述べたように、インピーダンスを制御することによって、ストロークが制御されると推論することができる。   While the piston 3 fixed to the plate 2 is moving, the impedance of the electromagnet 1 varies. This is because the magnetic resistance of the magnetic circuit of the electromagnet fluctuates corresponding to the variation of the stroke, and therefore the inductance of the electromagnet fluctuates. From this, according to the present invention, as described above, it can be inferred that the stroke is controlled by controlling the impedance.

純粋に例示のために記載された実施形態の例では、工場におけるテスト工程で機器を最初に起動するとき、電子回路は、最初のパルスを供給し、これにより、ピストン3にその全ストロークを行わせて、1ミリ秒の間隔で行われる、電磁石1の電流および電圧の測定によって、それ自身の内部メモリに、ピストンのストロークの実際の値と共に、対応するインダクタンスの値を格納する。   In the example of the embodiment described purely for illustration purposes, when the instrument is first activated in a factory test process, the electronic circuit supplies the first pulse, which causes the piston 3 to perform its full stroke. Thus, by measuring the current and voltage of the electromagnet 1 at 1 millisecond intervals, the corresponding internal inductance value is stored in its own internal memory along with the actual value of the piston stroke.

インダクタンスが、ストロークの些細な変動を決定することのできる物理的および機械的な特質に関するいくつかの量が変動する場合にのみ、変動する量ならば、ポンプには、ポンプ自体のライフサイクル中に行われるさらなるキャリブレーションが必要であることは明らかである。   If the inductance is a variable amount, only if some amount of physical and mechanical properties that can determine minor variations in stroke are variable, then the pump will be in the life cycle of the pump itself. Clearly, further calibration to be performed is necessary.

この場合、マイクロコントローラは、外部入力として、定量ポンプの正確な容量に関連する、ピストンストロークの所望の位置を受信し、断続的な磁場を発生させることができるように一連のパルスを供給するようにして、電磁石と接続された電源回路を管理する。このような磁場は、プレート2を引き付けたり、解放したりする。プレート2は、ピストン3に固定されており、ピストン3は、同様に、ダイヤフラム4に固定されている。プレート2は、ポンプボディ5内においてダイヤフラム4を変位させ、その結果、液剤が、水溶液に向かって送出される。   In this case, the microcontroller receives, as an external input, the desired position of the piston stroke, related to the exact capacity of the metering pump, and supplies a series of pulses so that an intermittent magnetic field can be generated. Thus, the power supply circuit connected to the electromagnet is managed. Such a magnetic field attracts or releases the plate 2. The plate 2 is fixed to the piston 3, and the piston 3 is similarly fixed to the diaphragm 4. The plate 2 displaces the diaphragm 4 in the pump body 5, and as a result, the liquid agent is sent out toward the aqueous solution.

ピストンの変位、したがって、プレートの変位中の各時間、電磁石のインピーダンスは、逐一変動し、したがって、これを検出することによって、行われるストロークが決定される。これにより、装置のマイクロコントローラにピストン自体の停止点を特定する可能性が与えられる。   Each time during the displacement of the piston, and thus the displacement of the plate, the impedance of the electromagnet fluctuates step by step, and by detecting this, the stroke to be performed is determined. This gives the device microcontroller the possibility to identify the stop point of the piston itself.

ポンプがリセットされると、ポンプ容量が、例えば要求される必要を満たすことができるようにするために、電子回路は、定量ポンプを適切に作動させるために予測される、許容できるレベルの大気温度内で、前記要求の関数としての電流を管理する。   When the pump is reset, the electronics will allow an acceptable level of atmospheric temperature that is expected to properly operate the metering pump, so that the pump capacity can meet the required needs, for example. The current as a function of the request.

このようにして、有利にも、定量ポンプに求められる仕事に必要な分よりも多くのエネルギーが消費されることが回避される。また、性能のレベルは、長期間変わらず、計量供給および装置の耐用年数に有益な効果を発揮し続ける。   In this way, it is advantageously avoided that more energy is consumed than is necessary for the work required for the metering pump. Also, the level of performance does not change over time and continues to have a beneficial effect on metering and equipment life.

前記制御装置を備える定量ポンプは、同様に、シリアルポートを介して、ポンプ自体の作動への介入を可能にするリモートコンピュータと接続されてもよい。   The metering pump comprising the control device may likewise be connected via a serial port with a remote computer that allows intervention in the operation of the pump itself.

これまでに記載した装置を使用する第1の利点は、定量ポンプが有効に行わなければならない仕事の関数として、したがって、定量ポンプが注入しなければならない液体の量の関数として、ピストンストローク3を調節することができることによって示される。これは、エネルギーの観点から節約になる(前記仕事に有効的に必要なレベルに限定される)だけではなく、経時的に一定である正確な計量供給が、添加液の無駄な浪費を防止するという事実により、経済的観点から使用者にとっても節約になることを含意している。   The first advantage of using the device described so far is that the piston stroke 3 as a function of the work that the metering pump has to do effectively and thus as a function of the amount of liquid that the metering pump must inject. Indicated by being able to adjust. This not only saves from an energy point of view (limited to the level that is effectively needed for the job), but accurate metering that is constant over time prevents waste of additive liquids. This implies that it also saves the user from an economic point of view.

第2の利点は、電子制御カードを介して、1ミリメートルの100分の1のオーダーの精度で、ストローク中のピストン3の位置を知ることができる点にある。   A second advantage is that the position of the piston 3 during the stroke can be known with an accuracy of the order of 1 / 100th of a millimeter via the electronic control card.

第3の利点は、マイクロコントローラのプログラミング中にピストンストローク3を設定することができるという事実によって示される。これは、結果的に、さらなるに2重の利点、すなわち、ピストンストロークの適切な規定に必要な機械的なキャリブレーション手段の省略、および、前記省略による経済的な節約を含意している。製品の同一の構成を用いて、技術的特性の異なる定量ポンプを製造することができる。   A third advantage is indicated by the fact that the piston stroke 3 can be set during programming of the microcontroller. This results in a further double advantage, namely the omission of the mechanical calibration means necessary for the proper definition of the piston stroke and the economic savings due to said omission. Metering pumps with different technical characteristics can be produced using the same product configuration.

本発明のさらなる利点は、これまでに記載した電磁石を備える定量ポンプが、従来の定量ポンプが仕事を行う温度よりも低い温度で仕事を行い、これにより、過剰な加熱が防止されることである。これは、機械的手段によっては、電磁石に与えられるエネルギーを減少させずに、ピストンストロークの制限は行われないが、ピストンストロークの制限が、前記エネルギーを制限することによってのみ、行われるという事実からくる。   A further advantage of the present invention is that the metering pump with the electromagnet described so far works at a temperature lower than the temperature at which the conventional metering pump does work, thereby preventing excessive heating. . This is due to the fact that, depending on the mechanical means, the piston stroke is not limited without reducing the energy applied to the electromagnet, but the piston stroke is limited only by limiting the energy. come.

定量ポンプのさらなる利点は、新しいシステムに適した以下に規定する2つの機能を実現する可能性に由来する。
1.「不足負荷(UNDERLOAD)」:装置の通常作動中におけるポンプボディ内の液体または添加液の不在の検出、
2.「過負荷(OVERLOAD)」:装置の通常作動中におけるポンプの供給ラインの可能的な閉塞または過度の圧力の検出。
A further advantage of metering pumps stems from the possibility of realizing the following two functions that are suitable for new systems.
1. “Underload”: detection of the absence of liquid or additive in the pump body during normal operation of the device,
2. “OVERLOAD”: Detection of possible blockages or excessive pressure in the pump supply line during normal operation of the device.

前記状況(不足負荷および過負荷)は、ピストンの位置およびその変位の速度の双方を電子装置の側で評価することができることによって、検出することができる。   The situation (underload and overload) can be detected by allowing the electronic device to evaluate both the position of the piston and the speed of its displacement.

不足負荷の場合に、ポンプボディ内に液体または添加液がないことによって、ピストンの変位の速度が大幅に増加し、マイクロコントローラは、インダクタンスの変動をリアルタイムで制御することによって、前記状況を検出し、プログラミングステップで入力される設定にもとづいて、即座にまたは所定数のパルスの後に警戒状態の信号を伝達する。不足負荷の場合、システムには、プログラムされた明確な期間の間に所定数の注入を行う供給を開始させる再注入の手続きを考えることができる。   In the event of an underload, the absence of liquid or additive in the pump body greatly increases the speed of piston displacement, and the microcontroller detects the situation by controlling inductance variations in real time. A warning signal is transmitted immediately or after a predetermined number of pulses, based on the settings entered in the programming step. In case of underload, the system can consider a re-injection procedure that initiates a supply that provides a predetermined number of infusions during a programmed and clear period.

過負荷機能は、電子装置のマイクロコントローラが、既知のタイプの適切な外部装置(流量センサ)の有無に関係なく、計量供給の欠如を検出することを可能にする。部分的であろうと全体的であろうと、ポンプの供給ラインの閉塞によって、ピストンの変位の速度は遅くなる。どれくらい遅くなるかは、閉塞の度合いの関数として決まる。ポンプの電子回路は、前記データを得て、所定の期間が経過すると、自身の状態を警戒状態に設定し、これにより、過負荷の状態を示す。   The overload function allows the electronic device microcontroller to detect the lack of metering, with or without a known type of suitable external device (flow sensor). Blockage of the pump supply line, whether partial or total, slows the piston displacement. How late is determined as a function of the degree of occlusion. The electronic circuit of the pump obtains the data and sets its state to the alert state after a predetermined period of time, thereby indicating an overload state.

本出願人の名義で提出された、「POMPA DOSATRICE DOTATA DI MEZZI DI AUTOREGOLAZIONE DELLA POTENZA ASSORBITA」(「吸収電力を自己調節するための手段を備える定量ポンプ」)という名称の伊国特許第1343207号明細書には、スイッチによってピストンストロークを制御し、行程端の近傍におけるコイルへのエネルギー供給を取り止め、これにより、エネルギーの無駄な浪費をなくす定量ポンプが記載されていることに留意すべきである。   No. 1343207, filed in the name of the Applicant, named “POMPA DOSATRICE DOTATA DI MEZZI DI AUTOREGOLIONE DELLA POTENZA ASORBITA” (“metering pump with means for self-adjusting absorbed power”) It should be noted that a metering pump is described which controls the piston stroke by means of a switch and stops the energy supply to the coil in the vicinity of the end of the stroke, thereby eliminating wasteful waste of energy.

さらに、本出願人によってイタリアで提出された、「DISPOSITIVO DI CONTROLLO DELLA CORSA DEL PISTONE DI UNA POMPA DOSATRICE」(「定量ポンプのピストンのストロークを制御するための装置」)という名称の特許出願第RM2009A000537号明細書には、単にピストンの行程端を制御するのではなく、コンデンサのプレート間の距離にもとづいて、瞬間的にピストンの位置を検証し、電子カードによって制御を行うことによって、計量供給される添加液の正確な量を規定して確定する、電磁石と接続された容量センサを備える定量ポンプが記載されている。   Furthermore, the patent application RM2009A000537 entitled “DISPOSITIVO DI CONTROLLO DELLA CORSA DEL PISTONE DI UNA POMPA DOSATRICE” (“device for controlling the stroke of the piston of a metering pump”) filed in Italy by the applicant. The document does not simply control the stroke end of the piston, but it adds the metered dose by verifying the position of the piston instantaneously based on the distance between the plates of the capacitor and controlling with an electronic card. A metering pump is described comprising a capacitive sensor connected to an electromagnet that defines and determines the exact amount of liquid.

ちょうど今言及したこれらの技術的解決策と異なり、本発明は、ピストン3の位置の制御の基礎を、電磁石1のインダクタンスの測定に置いている。このようにして、行程端スイッチおよび容量センサが省略される。   Unlike these technical solutions just mentioned, the present invention lays the basis for controlling the position of the piston 3 in measuring the inductance of the electromagnet 1. In this way, the stroke end switch and the capacitance sensor are omitted.

言い換えれば、電磁石1は、ポンプのアクチュエータの機能を行うことに加えて、さらに、ピストン3の位置、したがって、ポンプの容量を検出して管理する誘導センサとしても機能する。   In other words, in addition to performing the function of the pump actuator, the electromagnet 1 also functions as an inductive sensor that detects and manages the position of the piston 3, and thus the capacity of the pump.

最後に、電子的な定量ポンプの他の手続きが、電磁石を流れる電流の制御によって、同じ目標を達成しようとしていたことが知られている。しかしながら、得られた結果は、適切かつ十分なポンプの作動を実現するものではなかった。   Finally, it is known that other procedures for electronic metering pumps were trying to achieve the same goal by controlling the current through the electromagnet. However, the results obtained did not achieve proper and sufficient pump operation.

本発明について、好ましい実施形態に関連して、説明および例示を行ってきたが、当業者が、産業上の本特許権の保護の範囲を逸脱することなく、この好ましい実施形態を修正および/または変更することができることは明らかである。例えば、電磁石に関して、適当なサイズの巻線および様々な幾何学的形状を有する芯を考えることができ、また、効率および熱損失の低減に対して有益な効果をもって、磁場の分散を最小化する解決策を考えることができる。   Although the present invention has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment, those skilled in the art may modify and / or modify this preferred embodiment without departing from the scope of protection of this industrial patent. Obviously, it can be changed. For example, for electromagnets, a suitably sized winding and a core with various geometries can be considered, and the dispersion of the magnetic field is minimized with a beneficial effect on efficiency and reduced heat loss. You can think of a solution.

1.電磁石
2.プレート
3.ピストン
4.ダイヤフラム
5.ポンプボディ
1. Electromagnet Plate 3. Piston 4. Diaphragm 5. Pump body

Claims (14)

定量ポンプのピストン(3)のストロークを制御し、かつ電磁石(1)を備える装置において、ポンプ部分は、ポンプ部材が、センサであると同時にアクチュエータであるように、前記電磁石(1)の測定および制御によって管理され、この目的のために、前記電磁石(1)が、固定プレートおよび前記ピストン(3)に固定された可動プレート(2)を備え、この場合、前記ピストンの各変位には、前記プレート間の様々な距離、したがって、前記電磁石自体のインピーダンスの様々な値が対応するようになっており、前記電磁石が、マイクロコントローラ電子カードと接続され、該マイクロコントローラ電子カードが、インダクタンスの変動によって引き起こされる、前記電磁石のインピーダンスの値の変動によって、前記ピストン(3)の位置をリアルタイムで検出するように設計され、前記インダクタンスの変動が、前記電磁石(1)の幾何学的/構造的特性によってのみ決まり、機能パラメータまたは環境パラメータによっては決まらないことを特徴とする装置。   In the device for controlling the stroke of the piston (3) of the metering pump and comprising an electromagnet (1), the pump part is configured to measure and measure the electromagnet (1) such that the pump member is an actuator as well as a sensor. For this purpose, the electromagnet (1) comprises a fixed plate and a movable plate (2) fixed to the piston (3), in this case each displacement of the piston Different distances between the plates, and thus different values of the impedance of the electromagnet itself, correspond, and the electromagnet is connected to a microcontroller electronic card, which is subject to inductance variations Due to the variation of the value of impedance of the electromagnet caused, the piston (3 The device is designed to detect the position of the magnet in real time, the inductance variation being determined only by the geometric / structural characteristics of the electromagnet (1) and not by the functional or environmental parameters . 前記電磁石のインダクタンスの各変動と、ピストンストローク、したがって、定量ポンプの様々な容量とを関連付けるように前記マイクロコントローラをプログラムするために、プレート(2)を引き付けたり、解放したりする断続的な磁場を発生させる一連のパルスを前記電磁石(1)に印加することが考えられており、前記プレート(2)が、前記ピストン(3)に固定され、さらに該ピストン(3)が、ダイヤフラム(4)に固定されているため、前記プレート(2)が、ポンプボディ(5)内において前記ダイヤフラム(4)を変位させ、その結果、薬剤は、前記ポンプが取り付けられたシステムに送出され、これにより、前記マイクロコントローラによって検出されるインダクタンスの各値に、正確なピストンストロークが対応付けられ、該正確なピストンストロークの値が、前記マイクロコントローラ自体のメモリに格納されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。   An intermittent magnetic field that attracts and releases the plate (2) to program the microcontroller to correlate each variation in inductance of the electromagnet with the piston stroke and thus the various capacities of the metering pump. Is applied to the electromagnet (1), the plate (2) is fixed to the piston (3), and the piston (3) is further connected to the diaphragm (4). The plate (2) displaces the diaphragm (4) in the pump body (5), so that the drug is delivered to the system to which the pump is attached, thereby An accurate piston stroke is associated with each inductance value detected by the microcontroller. Are, the exact value of the piston stroke, characterized in that it is stored in the memory of the microcontroller itself, according to claim 1. 前記定量ポンプの容量を一定に保つために、前記電子カードが、前記ポンプ自体の最初の起動時にインダクタンスを測定するためのパルスを送信し、これにより、前記ピストンストロークと、前記電磁石のインダクタンス自体とが相互に関連付けられ、前記最初のパルスが、前記ピストン(3)に全ストロークを行わせるように設計されており、この場合、前記マイクロコントローラが、前記電磁石(1)の電流を1ミリ秒の間隔で測定することができ、それ自身の内部メモリに、前記ピストンストロークと共に前記値を格納し、同時に、前記電磁石のインダクタンスを得ることを特徴とする、請求項1に記載の装置。   In order to keep the capacity of the metering pump constant, the electronic card sends a pulse to measure the inductance at the first start-up of the pump itself, so that the piston stroke and the electromagnet inductance itself Are associated with each other, and the first pulse is designed to cause the piston (3) to make a full stroke, in which case the microcontroller causes the current of the electromagnet (1) to be 1 millisecond. The device according to claim 1, characterized in that it can be measured at intervals and stores the value together with the piston stroke in its own internal memory and at the same time obtaining the inductance of the electromagnet. 前記マイクロコントローラが、該マイクロコントローラの前記内部メモリに含まれ、かつ前記ピストンストロークと関係付けられたインダクタンスの値と、インダクタンスの検出された値との比較にもとづいて、前記電磁石に対する衝撃電流を一定の周波数に調節することによって、前記ピストンストローク(3)を調節するように設計されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。   The microcontroller maintains a constant impact current to the electromagnet based on a comparison between an inductance value included in the internal memory of the microcontroller and associated with the piston stroke and a detected value of the inductance. Device according to claim 1, characterized in that it is designed to adjust the piston stroke (3) by adjusting to a frequency of. 前記マイクロコントローラが、前記ピストン(3)を変位させるために、前記電磁石(1)に要求される電流を調節することによって、前記ピストンストローク(3)を調節するように設計されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。   The microcontroller is designed to adjust the piston stroke (3) by adjusting the current required for the electromagnet (1) to displace the piston (3). The apparatus according to claim 1. 前記マイクロコントローラが、不足負荷の状態を検出するために、すなわち、前記装置の通常作動中に前記ポンプボディ内に添加液がないことを検出するために、前記ピストン(3)の変位の速度を検証して評価するように設計されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。   In order for the microcontroller to detect an underload condition, i.e. to detect the absence of additive liquid in the pump body during normal operation of the device, the speed of displacement of the piston (3) is adjusted. Device according to claim 1, characterized in that it is designed to be verified and evaluated. 前記電子装置が、過負荷の状態を検出するために、すなわち、前記装置の通常作動中の前記ポンプの供給ラインの可能的な閉塞または過度の圧力を検出するために、前記ピストン(3)の変位の速度を検証して評価するように設計されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。   In order for the electronic device to detect an overload condition, i.e. to detect possible blockages or excessive pressure in the pump supply line during normal operation of the device, the piston (3) The device according to claim 1, wherein the device is designed to verify and evaluate the speed of displacement. 請求項1〜7のいずれ一項に記載の、前記ピストンストローク(3)を制御するための装置を備える定量ポンプ。   A metering pump comprising a device for controlling the piston stroke (3) according to any one of the preceding claims. 前記マイクロコントローラによって収集された情報の遠隔取得、および/または、前記ポンプ自体の作動への介入のために、コンピュータまたは他の同様の電子装置を接続するためのシリアルポートを備えることを特徴とする、請求項8に記載の定量ポンプ。   A serial port for connecting a computer or other similar electronic device for remote acquisition of information collected by the microcontroller and / or intervention in the operation of the pump itself The metering pump according to claim 8. 請求項1に記載の装置において、計算のために前記インピーダンスを使用する、電流の測定が考えられているにもかかわらず、該制御装置が、前記プレート(2)の到着点、したがって、行程端を遮断することに限定されず、しかしながら、前記マイクロコントローラ電子カードが、前記インダクタンスの値とストローク中の前記ピストン(3)がとる位置との関係を設定し、使用者によって行われる設定にもとづいて、どの位置でピストンストロークが遮断されるのかを決定するように設計され、これにより、100分の1の正確さで、前記ピストンストローク(3)を制御する可能性、したがって、添加液の各1回の注入のためのポンプ容量を制御する可能性が得られることを特徴とする装置。   2. The device according to claim 1, wherein the control device is able to determine the arrival point of the plate (2) and therefore the end of the stroke, even though it is envisaged to measure the current using the impedance for calculation. However, the microcontroller electronic card sets the relationship between the value of the inductance and the position taken by the piston (3) during the stroke and is based on the settings made by the user. , Designed to determine at which position the piston stroke is blocked, thereby allowing the piston stroke (3) to be controlled with an accuracy of 1/100, thus each 1 of the additive liquid A device characterized by the possibility to control the pump capacity for a single injection. 前記マイクロコントローラ電子カードが、エネルギーの任意の無駄な浪費を防止するために、前記電磁石(1)に対する電流を制御し、電流の正確な量をもってして該電磁石(1)のソレノイドを駆動し、前記インピーダンスの計算によって前進を制御し、ポンプ容量を制御するための任意の機械的システムがなくとも、電子回路のキャリブレーションによって設定することのできる正確に規定された位置におけるその遮断を決定することを特徴とする、請求項1に記載の装置。   The microcontroller electronic card controls the current to the electromagnet (1) to prevent any wasted energy, and drives the solenoid of the electromagnet (1) with the correct amount of current; Control the advance through the calculation of the impedance and determine its interruption at a precisely defined position that can be set by calibration of the electronic circuit without any mechanical system to control the pump capacity The apparatus according to claim 1, wherein: 前記定量ポンプの注入量を瞬間的に変更するように前記ピストンストローク(3)を制御するために、前記マイクロコントローラ電子カードが、所定の行程端に到達したか否かを決定し、リアルタイムで前記電磁石(1)に生じていることを制御し、前記インピーダンスを計算し、前記ピストンストローク(3)が停止すべき正確な点を決定し、前記電磁石(1)のソレノイドが、アクチュエータの機能を行うことに加えて、センサとしても機能することを実現することを特徴とする請求項1に記載の装置。   In order to control the piston stroke (3) so as to instantaneously change the injection amount of the metering pump, it is determined whether or not the microcontroller electronic card has reached a predetermined stroke end, and in real time Control what happens to the electromagnet (1), calculate the impedance, determine the exact point where the piston stroke (3) should stop, and the solenoid of the electromagnet (1) performs the function of an actuator In addition, the device according to claim 1, wherein the device is also realized to function as a sensor. 基本的に、3つの基本的部材、すなわち、電子カード、電磁石(1)、およびピストン(3)を有するポンプボディによって構成され、前記電磁石(1)が、前記電子カードによって適切に駆動され、前記電磁石(1)が、好ましくは0〜360パルス/分の範囲のパルスモードで、ばねによって引き戻される前記ピストン(3)を駆動することを特徴とする請求項8または9に記載の定量ポンプ。   Basically, it is constituted by a pump body having three basic members: an electronic card, an electromagnet (1), and a piston (3), the electromagnet (1) being appropriately driven by the electronic card, 10. Metering pump according to claim 8 or 9, characterized in that the electromagnet (1) drives the piston (3) pulled back by a spring, preferably in a pulse mode in the range of 0 to 360 pulses / min. 前記電子カードが、徐々に電圧を増加させながら、前記電磁石(1)を駆動し、その一方で同時に、前記電子カードが、考えられる最大ストロークにおける前記ピストン(3)の位置に直接関連する、インピーダンスの対応する値を得るために、前記電磁石のソレノイドを流れる電流を測定し、前記電子カードのインターフェースを介して操作者が直接設定することのできる電位差測定調節またはデジタル調節によって、100分の1の正確さで、前記ピストンの正確な停止点、すなわち、その最大ストロークを選択し、これにより、コストの掛かる特定の機械的調節または追加センサおよび電子的フィードバックの補助がなくても、前記電磁石の各1回の駆動によって注入される添加液の量を、極めて高い精度で変更することが可能であることを特徴とする請求項13に記載の定量ポンプ。   The electronic card drives the electromagnet (1) while gradually increasing the voltage, while at the same time the electronic card is directly related to the position of the piston (3) at the maximum possible stroke. To obtain a corresponding value of 1/100, by measuring the current through the solenoid of the electromagnet and by potentiometric or digital adjustment that can be set directly by the operator via the interface of the electronic card. With accuracy, select the exact stopping point of the piston, i.e. its maximum stroke, so that each of the electromagnets without the aid of costly specific mechanical adjustments or additional sensors and electronic feedback. It is possible to change the amount of additive liquid injected by one driving with extremely high accuracy. Metering pump according to claim 13, wherein the door.
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