带精密流量调节装置的微型隔膜泵的制作方法

1.本实用新型涉及大气采样微型隔膜泵技术领域，尤其涉及一种流量稳定、量程宽、测量精度高的带精密流量调节装置的微型隔膜泵。


背景技术：

2.1.隔膜泵是容积泵的一种特有形式，靠电机驱动偏心轮带动泵内部的橡胶隔膜片做往复运动，使得隔膜片与泵头形成的密封工作腔大小呈周期变化。介质在工作腔变大时通过进口单向阀进入工作腔，工作腔变小时通过出口单向阀吐出工作腔，泵依此往复完成输送介质的过程。隔膜泵可用于输送化学性质比较不稳定的流体，在有危害性、腐蚀性的物料处理中，隔膜泵可将物料与外界完全隔开，并能提供当前技术下最高计量精度。微型隔膜泵是隔膜泵的一个细分类型，是利用电机凸轮机构驱动的隔膜泵，有结构稳定、噪音低、体积小、不污染工作介质等优点，近年在环境采样，环保分析等领域有着极为深入且广泛的应用
3.2.目前市面上的微型隔膜泵，仅有单个工作腔。隔膜片与泵头形成的密封工作腔大小呈周期变化，采样检测中流量会有较强的脉冲波动，流量呈现周期性变化，稳定性较差，采样仪器设备中需要另外设计稳定流量的装置，如气仓等，这类装置占用大量的体积，且只能起到辅助稳定流量的作用，并不能从根本上解决流量稳定性问题。在不外接流量稳定装置的情况下，现有微型隔膜泵是无法满足高精度测量和采样的。
4.3.目前市面上的采样隔膜泵是外接压力测量装置，外接压力装置需要通过复杂且长的气路，压力在传递过程中需要时间，且存在损耗，导致测压装置反应延迟，不灵敏或不能准确测量压力，在微小流量，弱压力情况下，这种情况尤为严重，普遍存在信号失真难以测量等问题。
5.4.目前市面上的采样隔膜泵流量量程固定，仅能通过调节电机转速来改变流量大小，这种方式只能在较窄的范围内调节，在较大的流量下工作，电机转速高，功耗大，隔膜快速往复运动，这不仅损害电机，对隔膜泵的寿命损伤更大，采样环境中存在大量不同种类的复杂酸碱物质，隔膜快速运动，温度升高，会加快隔膜的腐蚀老化，导致泵的使用寿命大大降低。
6.5.现有微型隔膜泵仅有单一的介质流道，无论流量大小都从该流道通过，流道大小不可改变，这就使得在小流量使用情况下，流量测量的压差小，压力变化不灵敏，在大流量的使用情况下，介质流速大，所受阻力呈指数上升，功耗损失大，并且流速大的情况下，介质存在复杂的湍流，不仅使得流量稳定性降低，湍流也将干扰传感器的精确测量。因此现有微型隔膜泵，流量范围不易过大，应用场景受限，流量测量倍数低，有效测量范围小，部分流量段测量误差大，无法满足多流量点采样。
7.因此，亟需一种流量稳定、量程宽、测量精度高的带精密流量调节装置的微型隔膜泵。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种流量稳定、量程宽、测量精度高的带精密流量调节装置的微型隔膜泵。
9.为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：提供一种带精密流量调节装置的微型隔膜泵，所述微型隔膜泵包括：电机、传动组件及泵体；所述泵体包括中壳、左壳、右壳、左隔膜片、右隔膜片、左气仓、右气仓、混合仓，所述中壳与左壳之间设置所述左隔膜片，所述中壳与右壳之间设置所述右隔膜片，所述中壳设有一工作仓，所述左壳设置左气仓，右壳设置右气仓；所述传动组件及左隔膜片及右隔膜片设于所述工作仓内，所述电机通过所述传动组件依次驱动所述左隔膜片及右隔膜片往复运动，依次将外界气体挤压入所述左气仓及右气仓，所述左气仓及右气仓内的气体流到所述混合仓内，再由所述混合仓输出至流量调节装置；流量调节装置，连接在所述混合仓上，用于自动调节气体流量大小，包括：调节电机、调速组件及调节装置，所述调节电机通过所述调速组件驱动所述调节装置进行调节，包括：轴套及轴芯，所述轴套内部设有圆形凹槽，从所述混合仓输出的气体可注入所述圆形凹槽，所述轴芯可进入所述圆形凹槽内部，且贯穿所述轴套的外壁与所述圆形凹槽设有多个孔洞，所述调节装置通过所述轴芯进入所述圆形凹槽内的幅度大小，以调节让气体流入或流出的所述孔洞的数量。
10.所述传动组件包括一偏心轮、椭圆环、左隔膜片支架及右隔膜片支架，所述左隔膜片支架及右隔膜片支架分别连接在所述椭圆环的两侧，所述左隔膜片及右隔膜片分别安装在所述左隔膜片支架及右隔膜片支架上，所述电机与所述偏心轮连接，所述偏心轮进入所述椭圆环的内部，所述电机驱动所述偏心轮转动时，所述偏心轮依次击打所述椭圆环的两内侧壁，通过所述椭圆环及左隔膜片支架、右隔膜片支架驱动所述左隔膜片及右隔膜片左右往复运动。
11.所述左隔膜片与所述左气仓之间设置第一单向阀，所述第一单向阀用于关闭或打开第一通气口，所述第一通气口连通所述左气仓及工作仓；
12.所述左隔膜片与所述进气管之间设有第二单向阀，所述第二单向阀用于关闭或打开第二通气口，所述第二通气口连通进气管与工作仓；所述右隔膜片与所述右气仓之间设置第三单向阀，所述第三单向阀用于关闭或打开第三通气口，所述第三通气口连通所述右气仓及工作仓；
13.所述右隔膜片与所述进气管之间设有第四单向阀，所述第四单向阀用于关闭或打开第四通气口，所述第四通气口连通进气管与工作仓；
14.其中，所述进气管分成两支路，一支路与所述第二通气口连通，另一支路与所述第四通气口连通。
15.所述第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀及第四单向阀均为一带卡合头的塑胶膜片。
16.所述左气仓的左侧壁，及所述右气仓的右侧壁各为一弹性薄膜结构。
17.所述混合仓内设有压力测量装置，所述压力测量装置连接一控制装置，所述控制装置还与所述电机连接。
18.所述混合仓设有一气槽，所述轴套进入所述气槽内部，且所述气槽对应所述多个孔洞设有多个气体通道，所述多个孔洞和所述多个气体通道一一对应地对接。
19.所述轴套设有一常开气孔，且所述气槽对应所述常开气孔设有向外界排出的通道。
20.所述轴芯包括旋转内轴芯和伸缩轴芯，所述旋转内轴芯一端与所述调速组件的输出轴连接，另一端设有一凸起，所述伸缩轴芯一端为空心结构，且包括第一外轴芯及第二外轴芯，所述第一外轴芯与第二外轴芯的连接面为两形状互补的第一斜面及第二斜面，且在所述第一斜面及第二斜面上分别开设有第一椭圆形凹槽及第二椭圆形凹槽，且所述第一斜面与第二斜面相互连接时，所述第一椭圆形凹槽与第二椭圆形凹槽相互对接形成一封闭的椭圆形轨道，所述旋转内轴芯具有凸起的一端进入所述伸缩轴芯的空心结构内部，且所述凸起限制在所述椭圆形轨道内，所述旋转内轴芯旋转时，所述凸起在所述椭圆形轨道内运动，以驱动所述伸缩轴芯前进或后退。
21.还包括用于位置检测的霍尔元件，所述轴套的外壁设有安装槽，所述霍尔元件设于所述安装槽内，并用于检测所述伸缩轴芯的位移信息。
22.与现有技术相比，由于在本实用新型带精密流量调节装置的微型隔膜泵中，采用新型双头隔膜结构，从根本上解决流量周期性波动问题，单一隔膜工作腔(只有左气仓或右气仓)出来的流量大致呈正弦函数波动状态，而在双头多功能隔膜泵中，流量波动状态能通过两个隔膜工作腔(同时有左气仓和右气仓)相互补充，达到流量相对稳定的状态，双头多功能隔膜泵无需外接其余的流量稳定装置，不仅使仪器设备更轻量，更便携，也从根本上提升了仪器设备的测量精度，介质采样过程控制精确，比外接流量装置的隔膜泵采样更加精准。同时采样介质经过的流路更短，吸附更小，这也在一定程度上提升了测量精度，延长了仪器设备清洗维护周期。
23.此外，流量调节装置中，采用多个流道设计，能够自动调节流道，小流量采样时对应小流量的流道，大流量采样时对应大流量的流道(大流量的流道由多个流道组成)，每个流道可使用同样的压力传感器，流量测量倍数随流道的增多呈倍数增大，解决的传统隔膜泵测量倍数低的问题，不管是小流量还是大流量，介质的流速始终保持在一个合适的区间，降低了流速过大而带来的高功耗，续航时间低的问题，减少了介质可能存在的各种湍流，很大程度上提升了流量稳定性，和更大的流量测量倍数，增加了仪器设备的使用场景，增大了同款仪器设备的应用范围。
24.通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。
附图说明
25.图1所示为本实用新型带精密流量调节装置的微型隔膜泵的结构模块图。
26.图2所示为本实用新型带精密流量调节装置的微型隔膜泵的一个实施例的剖视图。
27.图3所示为如图2所示的带精密流量调节装置的微型隔膜泵的另一个状态的视图。
28.图4所示为流量调节装置与气泵连接的一个实施例的结构示意图。
29.图5所示为小流量时气体流向示意图。
30.图6所示为大流量时气体流向示意图。
31.图7所示为调节装置的一个实施例的示意图。
32.图8为如图7所示的调节装置的爆炸视图。
具体实施方式
33.现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
34.其中，本公开实施例描述中，如涉及“左”、“右”、“第一”、“第二”等相同或者相近似的术语，仅仅用于描述的目的，“左”或“右”不能理解为指示或暗示实际的位置关系，“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地表示包括一个或者更多个相同或者结构近似、功能近似的技术特征，不能理解为指示或者暗示重要性、主次性的关系。
35.如上所述，如图1所示，本实用新型实施例提供一种带精密流量调节装置的微型隔膜泵，包括：电机1、传动组件2及泵体3。
36.需要说明的是，在不影响将本公开描述清楚的前提下，说明书附图中的图2和图3示例性地给出了能够说明清楚本公开双头多功能微型隔膜泵的部分结构，与本公开无关的部分通过断面线忽略。
37.参考图2、3所示，所述泵体包括中壳31、左壳32a、右壳32b、左隔膜片33a、右隔膜片33b、左气仓34a、右气仓34b、混合仓35，所述中壳31与左壳32a之间设置所述左隔膜片33a，所述中壳31与右壳32b之间设置所述右隔膜片33b，所述中壳31设有一工作仓36，所述左壳32a设置左气仓34a，右壳32a设置右气仓34b；
38.所述传动组件2及左隔膜片33a及右隔膜片33b设于所述工作仓36内，所述电机1通过所述传动组件2依次驱动所述左隔膜片33a及右隔膜片33b往复运动，依次将外界气体挤压入所述左气仓34a及右气仓34b，所述左气仓34a及右气仓34b内的气体流到所述混合仓35内，再由所述混合仓35输出流量调节装置。
39.参考图4所示的实施例，本实施例的调节装置100，连接在气泵上，用于自动调节气体流量大小。图4所示的气泵200是双头多功能隔膜泵，用于输出待采样的环境大气、烟尘烟气等气体样品，因此特别需要说明的是，在本公开中，是以气体样品为例进行说明的，气体样品包括环境大气、烟尘烟气等物质。
40.结合图7、8进行说明，本实用新型实施例提供的流量调节装置100包括：调节电机10、调速组件20及调节装置30，所述调节电机10通过所述调速组件20驱动所述调节装置30进行调节，所述调速组件20是齿轮组，其中图8所示，调速组件20是安装在两个基板上的齿轮组，其中齿轮组是隐藏在两个基本之间，其作用是将所述调节电机10的转速调节至合理的转速，齿轮组连接一输出轴20a，所述输出轴20a用于输出所述调节电机10的动力。
41.所述调节装置30包括：轴套310及轴芯32，其中所述轴套310内部设有圆形凹槽31a，从所述气泵200输出的气体(在本公开中以气体样品为例进行说明)可注入所述圆形凹槽31a，所述轴芯32可进入所述圆形凹槽31a内部，且贯穿所述轴套310的外壁与所述圆形凹槽31a设有多个孔洞311，图5所示的实施例中，所述调节装置30通过所述轴芯32进入所述圆形凹槽31a内的幅度大小，以调节让气体流入或流出的所述孔洞311的数量，进一步实现流量大小的调节。具体地，本公开是通过打开实际有效的孔洞311的数量，来实现流量大小调节的，如此最大的优点是流量的调节范围是非常宽的，如有必要时，每个孔洞311对应的流道可使用同样的压力传感器，流量测量倍数随流道的增多呈倍数增大，解决的传统隔膜泵
测量倍数低的问题，不管是小流量还是大流量，气体样品的流速始终保持在一个合适的区间，提高了压力检测的线性度，同时降低了流速过大而带来的高功耗，续航时间低的问题。
42.需要说明的是，气体是从所述孔洞311流入或者流出所述圆形凹槽31a的，此外，本实用新型如图8所示的实施例中，所述孔洞311是一圈一圈地绕所述轴套310的外壁设置，每个孔洞311的孔径是相同的，每个孔径311可对应一个流道。在其他实施例中，所述孔洞311还可以是以其他结构形式设置在所述轴套310的外壁上。
43.参考图2所示的实施例中，所述传动组件2包括一偏心轮21、椭圆环22、左隔膜片支架23a及右隔膜片支架23b，所述左隔膜片支架23a及右隔膜片支架23b分别连接在所述椭圆环22的两侧，具体到如图2所示的实施例中，所述左隔膜片支架23a及右隔膜片支架23b均与所述椭圆环22为一体结构。还能这样描述，所述左隔膜片支架23a及右隔膜片支架23b内的结构为椭圆环22，所述左隔膜片33a及右隔膜片33b分别安装在所述左隔膜片支架23a及右隔膜片支架23b上，所述电机1与所述偏心轮21连接，所述偏心轮21进入所述椭圆环22的内部，所述电机1驱动所述偏心轮21转动时，所述偏心轮21依次击打所述椭圆环22的两内侧壁，通过所述椭圆环22及左隔膜片支架23a、右隔膜片支架23b驱动所述左隔膜片33a及右隔膜片33b左右往复运动。
44.所述左隔膜片33a与所述左气仓34a之间设置第一单向阀4a，所述第一单向阀4a用于关闭或打开第一通气口4b，所述第一通气口4b连通所述左气仓34a及工作仓36；
45.所述左隔膜片33a与所述进气管10a之间设有第二单向阀5a，所述第二单向阀5a用于关闭或打开第二通气口5b，所述第二通气口5b连通进气管10a与工作仓36；
46.所述右隔膜片33b与所述右气仓34b之间设置第三单向阀6a，所述第三单向阀6a用于关闭或打开第三通气口6b，所述第三通气口6b连通所述右气仓34b及工作仓36；
47.所述右隔膜片33b与所述进气管10a之间设有第四单向阀7a，所述第四单向阀7a用于关闭或打开第四通气口7b，所述第四通气口7b连通进气管10a与工作仓36；
48.其中，所述进气管10a分成两支路，一支路与所述第二通气口5b连通，另一支路与所述第四通气口7b连通。
49.需要说明的是，本公开主要用在大气采样设备上，作为抽取大气、烟尘烟气等样品的动力源，所述进气管10a为本公开双头微型隔膜泵所要抽取的大气或烟尘烟气等气体样品的进入管(下文统称为“气体样品”示例性地进行说明)。
50.所述电机1通过所述传动组件2依次驱动所述左隔膜片33a及右隔膜片33b往复运动，在实际的运动过程中，所述左隔膜片33a及右隔膜片33b是随着所述传动组件2作为一个整体，往左侧和右侧往复运动，而往复运动的频率是通过电机的转速进行控制的。
51.参考图2和3，其中，图2所示为所述左隔膜片33a及右隔膜片33b向右侧运动时的示例性示图，所述第一单向阀4a受到负压而将所述第一通气口4b关闭；同时，所述第二单向阀5a受到负压而将所述第二通气口5b打开，气体样品从所述进气管10a的一支路经第二通气口5b进入所述工作仓36；同时，所述第三单向阀6a受到正压被推开而将所述第三通气口6b打开，所述右隔膜片33b将所述工作仓36内的部分气体挤压入所述右气仓34b，而进入所述混合仓35；同时，所述第四单向阀7a受到正压而将所述第四通气口7b关闭。
52.其中，图3所示为所述左隔膜片33a及右隔膜片33b向左侧运动时的示例性示图，所述第一单向阀4a受到正压而将所述第一通气口4b打开，所述左隔膜片33a将所述工作仓36
内的部分气体挤压入所述左气仓34a，而进入所述混合仓35；同时，所述第二单向阀5a受到正压而将所述第二通气口5b关闭；同时，所述第三单向阀6a受到负压被关闭而将所述第三通气口6b关闭；同时，所述第四单向阀7a受到负压而将所述第四通气口7b打开，气体样品从所述进气管10a的另一支路经第四通气口7b进入所述工作仓36。
53.参考图2和3，所述第一单向阀4a、第二单向阀5a、第三单向阀6a及第四单向阀7a均为一带卡合头的塑胶膜片。所述塑胶膜片能够将对应的通气口进行封闭，当这几个单向阀受到正压或者负压而被打开时，所述卡合头能够限制单向阀在通气口内推开的距离，还能防止单向阀从通气口脱落。
54.一个实施例中，参考图2，所述左气仓34a的左侧壁，及所述右气仓34b的右侧壁各为一弹性薄膜结构。当所述左膜片33a及右膜片33b向所述左气仓34a及右气仓34b挤压入气体样品时，若所述左气仓34a及右气仓34b内的气压瞬间增大，所述弹性薄膜结构能够膨胀而防止所述左气仓34a及右气仓34b波动太大。
55.一个实施例中，所述混合仓35内设有压力测量装置，所述压力测量装置连接一控制装置，所述控制装置还与所述电机连接。通过所述压力测量装置，能够实时测量所述混合仓35内的气压大小，如需要增加气压则需要增大电机的转速，而如果要减小气压则可以减小电机的转速。
56.一个实施例中，结合图2、5和8，所述混合仓35设有一气槽(图上未示)，所述气槽的内部形状呈适应所述轴套310外部的形状设置，所述轴套310能够密封地进入所述气槽内部，且所述气槽对应所述多个孔洞311设有多个气体通道40。具体地，参考图5，图5示例性地给出了一个气体通道40，气体通道40供气体流入所述气槽或者流出所述气槽，当所述轴套310插入所述气槽时，气体通道40是直接与所述孔洞311对接，从所述气体通道40进入的气体样品是通过所述气体通道40进入所述孔洞311(与所述气体通道对接的孔洞311)。因此，所述气泵200输出的气体样品进入所述气槽，具体是经所述气体通道40、孔洞311直接进入所述圆形凹槽31a，气体样品在所述圆形凹槽31a内进行流量大小的调节。
57.参考图5，所述轴套310设有一常开气孔50，且所述气槽对应所述常开气孔设有向外界排出的通道。通过设置所述常开气孔50，其目的有二，首要目的是为了增大量程，另外就是能确保气泵随时能够正常工作，向外界排放的气体通道不会被堵死。
58.解释一下何为“增大量程”：大气采样领域，有小流量采样和大流量采样，在小流量采样时，输出的气体样品的流量是很小的，但是，气泵又会有一个最低流量(用于驱动气泵的调节电机最低转速时气泵输出的流量)，最低流量通常会大于小流量采样时的流量大小，因此设置所述常开气孔50作为额外的通气孔，(其余的空气孔为一个或多个所述“孔洞”)让所述圆形凹槽31a内的一部分气体样品通过所述常开气孔50排出外界，而让所述圆形凹槽31a内的剩余的气体样品通过所述孔洞311作为实际要进行采样的气体。而且通常情况下，用于驱动气泵的调节电机不会工作在最低转速，因为调节电机在最低转速时，气泵输出的流量大小是波动性很大的，流量不稳定。
59.参考图5所示为进行小流量采样时的示意图，从所述气泵输出的气体样品从所述气体通道40进入所述气槽，即如a路所示，分成一路即b路为通过常开气孔50重新回到外部，不对b路气体进行流量计量，另一路即c路通过一个或超过1个所述孔洞311进入实际采样通道。如此，气泵工作在最低功率时，所输出的气体样品的流量，一部分通过气路b路重新回到
外部，另一路气路c路进入实际采样通道，因此气路c路的气体流量可以实现小流量控制。
60.参考图6所示为进行大流量采样时的示意图，从所述气泵输出的气体样品从所述气体通道40进入所述气槽，即如a1路所示，分成一路即c1路为通过一部分孔洞311，另一路即b1路通过超过1个所述孔洞311，且c1路和b1路气体样品均可以在一个气仓(图上未示)内汇集，并对其进行流量计量和实际采样。
61.需要说明的是，从一个或者多个气体通道40进入的气体样品，在小流量采样或者大流量采样时，是通过控制流入或者流出所述孔洞311的数量进行调节的，特别地，在小流量采样时候，通过设置所述常开气孔50，极大地增大了流量测量的范围，实现了小流量、超小流量采样，同时还确保了驱动气泵工作的调节电机能够正常地工作。
62.参考图8，所述轴芯32包括旋转内轴芯321和伸缩轴芯322，所述旋转内轴芯321一端与所述调速组件的输出轴20a连接，另一端设有一凸起321a，所述伸缩轴芯322一端为空心结构，且包括第一外轴芯322a及第二外轴芯322b，所述第一外轴芯322a与第二外轴芯322b的连接面为两形状互补的第一斜面3221及第二斜面3222，且在所述第一斜面3221及第二斜面3222上分别开设有第一椭圆形凹槽(图上未示)及第二椭圆形凹槽3223，且所述第一斜面3221与第二斜面相3222互连接时，所述第一椭圆形凹槽与第二椭圆形凹槽3223相互对接形成一封闭的椭圆形轨道，所述旋转内轴芯321具有凸起321a的一端进入所述伸缩轴芯322的空心结构内部，且所述凸起321a限制在所述椭圆形轨道内，所述旋转内轴芯321旋转时，所述凸起321a在所述椭圆形轨道内运动，以驱动所述伸缩轴芯322前进或后退。
63.在所述轴芯32工作时，所述旋转内轴芯321是随着所述输出轴20a一起转动，所述凸起321a限制在所述椭圆形轨道内，所述旋转内轴芯321旋转时，所述凸起321a在所述椭圆形轨道内运动，由于所述椭圆形轨道是向轴向偏移的。因此，所述调节电机10是无需反转控制，只需一直保持一个方向转动，带动凸起321a转动，即会周期地推动所述伸缩轴芯322向前伸，或向后缩。另外，由于本公开是通过所述凸起321a与所述椭圆形轨道配合运动，以驱动所述伸缩轴芯322向前伸，或向后缩，所述凸起321a不会在所述椭圆形轨道内卡死，因此，本公开的所述调节装置30的机械可靠性是极高的，极大地提高了可靠性，不会出现故障。
64.需要说明的是，上文出现的“小流量采样”和“大流量采样”均是可以通过所述调节装置30实现的，所述调节装置30通过所述轴芯32进入所述圆形凹槽31a内的幅度大小，以调节让气体流入或流出的所述孔洞311的数量，进一步调节流量大小。
65.一个实施例中，参考图8，还包括用于位置检测的霍尔元件6，所述轴套310的外壁设有安装槽7，所述霍尔元件6设于所述安装槽7内，并用于检测所述伸缩轴芯322的位移信息。因此通过所述霍尔元件6，能够实现对所述调节电机10的启动和关停精确控制，以所述伸缩轴芯322的位移量信息。通过所述霍尔元件6能够实现对所述伸缩轴芯322的位移信息的检测，进而实精确地实现小流量采样到大流量采样的调节。
66.以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型公开专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。