專利名稱：一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及氣體流量注入裝置，尤其涉及一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，用于聚合物微孔發(fā)泡等對氣體注入有嚴格要求的系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
聚合物微孔發(fā)泡的生產(chǎn)過程是以熱塑性的聚合物材料為基體，通過注入液態(tài)氣體和特殊加工工藝，使最終制品中密布尺寸從小于一微米到幾十微米的泡孔，從而一方面減少材料用量，另一方面提高制品的剛性，同時避免對制品的強度等性能造成大的影響。在微孔發(fā)泡過程中，氣體的定量均勻注入是微孔發(fā)泡的關(guān)鍵技術(shù)，氣體注入量的大小直接導致發(fā)泡后制品中泡孔的大小與分布密度，泡孔的大小和分布的密度又直接反應了產(chǎn)品的最終質(zhì)量。因此，目前急需研發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入系統(tǒng)， 以滿足聚合物微孔發(fā)泡等應用中的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)目的是提供一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置， 能夠方便、均勻穩(wěn)定地進行高壓微流量氣體的注入。本實用新型實現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，包括氣體增壓液化部分和氣體輸出部分，其特征是氣體增壓液化部分和氣體輸出部分之間設(shè)置壓力流量控制部分與壓力流量反饋部分；所述的氣體增壓液化部分包含氣體增壓泵；所述的壓力流量控制部分由直線往復運動機構(gòu)、雙作用缸以及組成橋路的四個電磁閥、四個單向閥組成，直線往復運動機構(gòu)的往復運動帶動雙作用缸的活塞桿進行精密直線運動，與雙作用缸和四個電磁閥、四個單向閥往復切換配合，進行氣體連續(xù)輸出控制；所述的壓力流量反饋部分由三個壓力傳感器組成，用于實現(xiàn)五級反饋，分別是設(shè)置在氣體增壓泵輸出端、作為第一級壓力反饋的第一級壓力傳感器，設(shè)置在壓力流量控制部分輸出端、作為第二級壓力反饋的第二級壓力傳感器，設(shè)置在氣體輸出部分輸出端、作為第三級壓力反饋的第三級壓力傳感器，所述的第一級壓力傳感器與第二級壓力傳感器組合形成用于調(diào)節(jié)氣體壓力平衡的第四級壓力反饋，所述的第二級壓力傳感器與第三級壓力傳感器組合形成用于調(diào)節(jié)氣體壓力流量的第五級壓力反饋。所述的直線往復運動機構(gòu)包括伺服電機、行星減速機、微型絲杠和限位開關(guān)。所述的待注氣體輸出部分由不銹鋼螺旋形管組成。所述的直線往復運動機構(gòu)的直線運動精密誤差小于lOum，直線運動速度由電機調(diào)節(jié)，電機速度范圍為O 3000rpm。所述的氣體增壓泵的輸出壓力為O 32MPa。所述的氣體增壓泵采用空氣壓縮機的壓縮空氣作為驅(qū)動，空氣壓縮機的輸出壓力為 O 0. 8MPao[0012]所述的空氣壓縮機優(yōu)選采用微型靜音無油空氣壓縮機。所述的壓力控制范圍為0 32MPa，流量控制范圍為0 100mL。所述的行星減速機的減速比為30 1 80 1。所述的微型絲杠的螺距小于或等于2mm。所述的雙作用缸的有效面積小于或等于5平方厘米。本實用新型的氣體注入裝置可以采用單片機或者計算機通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換進行壓力傳感檢測和計算，通過數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換控制伺服電機驅(qū)動器的電機速度控制，以及通過輸入輸出口進行直線往復運動機構(gòu)方向檢測、限位開關(guān)位置檢測、電磁閥控制、增壓泵控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型在氣體增壓液化部分和氣體輸出部分之間設(shè)置了壓力流量控制部分與壓力流量反饋部分，實現(xiàn)了氣體壓力流量的控制與五級傳感反饋。氣體首先經(jīng)氣體增壓泵增壓控制后進入由直線往復運動機構(gòu)、雙作用缸以及組成橋路的四個換向電磁閥組成的壓力流量控制部分，通過直線往復運動機構(gòu)帶動雙作用缸的活塞桿進行精密直線運動，使雙作用缸與四個電磁閥、四個單向閥往復切換配合，進行氣體連續(xù)輸出控制。進而，通過由三個壓力傳感器組成的壓力流量反饋部分實現(xiàn)了待注氣體壓力流量的精準調(diào)節(jié)，使待注氣體方便、恒壓力恒流量地注入待注容器或設(shè)備中。因此，本實用新型是的氣體注入裝置能夠?qū)⒏邏何⒘髁繗怏w方便、恒壓恒流量地注入到待注容器或設(shè)備中，可廣泛應用于如聚合物C02超臨界發(fā)泡、高壓C02萃取等對氣體注入有嚴格要求的系統(tǒng)中。

圖1為本實用新型氣體高壓微流量恒壓恒流量注入裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中壓力流量控制部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中氣體增壓液化部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步詳細描述。圖中的附圖標記為儲氣罐1、氣體增壓液化部分2、壓力流量控制部分3、氣體輸出部分4、被注氣裝置5、緩沖罐6、第一級壓力傳感器7、第二級壓力傳感器8、第三級壓力傳感器9，電磁開關(guān)閥10、直線往復運動機構(gòu)11、雙作用缸12、第一電磁閥13、第一單向閥14、 第二電磁閥15、第二單向閥16、第三電磁閥17、第三單向閥18、第四電磁閥19、第四單向閥 20、空氣壓縮機21、氣體增壓泵22、高壓安全閥23。實施例1 如圖1所示，本實施例的氣體高壓微流量恒壓恒流量注入裝置包括氣體增壓液化部分2、壓力流量控制部分3和由不銹鋼螺旋形管組成的氣體輸出部分4，氣體增壓液化部分2的輸出端設(shè)有第一級壓力傳感器7和緩沖罐6，壓力流量控制部分3的輸出端設(shè)有第二級壓力傳感器8，氣體輸出部分4的輸出端設(shè)有第三級壓力傳感器9與電磁開關(guān)閥10。儲存在儲氣罐1中的氣體經(jīng)過本實施例中的氣體高壓微流量恒壓恒流量注入裝置后由電磁開關(guān)閥10控制進入被注氣裝置5。如圖3所示，氣體增壓液化部分2包括空氣壓縮機21和氣體增壓泵22，空氣壓縮機21與固態(tài)繼電器相連接，氣體增壓泵22通過高壓閥門23與第一級壓力傳感器7相連接。 儲氣罐1中的氣體經(jīng)氣體增壓泵22增壓液化，通過第一級壓力傳感器7進行第一級壓力反饋，反饋信號傳遞到固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器控制空氣壓縮機21的啟動和關(guān)閉來驅(qū)動氣體增壓泵22的增壓，直到氣體到達固定液化壓力后停止，作為高壓氣源存儲在緩沖罐6中，為儲存氣體的第一階段。如圖2所示，壓力流量控制部分3由直線往復運動機構(gòu)11、雙作用缸12和四個換向電磁閥組成，四個換向電磁閥由第一電磁閥13、第一單向閥14、第二電磁閥15、第二單向閥16、第三電磁閥17、第三單向閥18、第四電磁閥19和第四單向閥20組成。其中直線往復運動機構(gòu)11包括伺服電機、行星減速機、微型絲杠和限位開關(guān)。經(jīng)氣體增壓泵22增壓液化后的氣體經(jīng)旁路的高壓安全閥門M后進入壓力流量控制部分3。當氣體壓力小于固定液化壓力時，第一電磁閥13、第一單向閥14、第二電磁閥15、第二單向閥16、第三電磁閥17、第三單向閥18、第四電磁閥19全部開啟，電磁開關(guān)閥10關(guān)閉，整個注氣裝置管路通暢，全部管路存儲液化氣體。當氣體壓力到達固定液化壓力后氣體增壓泵22停止增壓，為儲存高壓液化氣源的第一階段，第二階段啟動直線往復運動機構(gòu)11帶動雙作用缸12的活塞進行增壓擠出運動，在活塞運動過程中，通過限位開關(guān)的檢測電路判斷直線往復運動機構(gòu)11帶動活塞的運動方向以及最大行程位置，四個換向電磁閥依據(jù)活塞運動方向的變換依次開啟和關(guān)閉，在此階段增壓泵22隨時根據(jù)壓力流量控制部分3輸出的壓力進行調(diào)整。選定雙作用缸12的缸徑和桿徑，以及選定行星減速機的減速比，通過直線往復運動機構(gòu)11的運動速度可以計算和調(diào)節(jié)內(nèi)部液化氣體的擠出量。由第二級壓力傳感器8進行第二級壓力反饋，得到擠出液化氣體的壓力。擠出液化氣體經(jīng)不銹鋼螺旋形管輸出，形成待注氣體，由第三級壓力傳感器9進行第三級壓力反饋，得到該待注氣體的壓力。根據(jù)擠出液化氣體的壓力，調(diào)節(jié)氣體增壓泵22的輸出氣體壓力，使第一級壓力傳感器7檢測的氣體壓力與第二級壓力傳感器8檢測的擠出氣體壓力平衡，作為第四級反饋， 從而在電磁閥切換過程中因壓力平衡而不產(chǎn)生背壓差，實現(xiàn)液化氣體注入時無壓力流量波動。利用差壓法，計算第三級壓力傳感器9與第二級壓力傳感器8檢測得到的壓力差， 將該壓力差和標定值進行比較計算，得出目前的氣體流量值作為第五級反饋，通過調(diào)節(jié)氣體增壓泵22的壓力和直線往復運動機構(gòu)11的運行速度進行氣體流量的控制。另外，雙作用缸12在運動過中一邊儲存高壓液化氣源，一邊做流量壓力控制輸出，雙作用缸12的活塞兩側(cè)壓力基本相等或者接近，使直線往復運動機構(gòu)11在運動過程中可大幅度減小功率，避免因推動高壓力活塞擠出而使用大功率伺服電機。
權(quán)利要求1.一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，包括氣體增壓液化部分( 和氣體輸出部分G)，其特征是氣體增壓液化部分( 和氣體輸出部分(4)之間設(shè)置壓力流量控制部分(3)與壓力流量反饋部分；所述的氣體增壓液化部分( 包含氣體增壓泵02)； 所述的壓力流量控制部分(3)由直線往復運動機構(gòu)(11)、雙作用缸(12)以及組成橋路的四個電磁閥(13，15，17，19)、四個單向閥(14，16，18，20)組成，直線往復運動機構(gòu)(11)的往復運動帶動雙作用缸(12)的活塞桿進行精密直線運動，與雙作用缸(12)與四個電磁閥 (13，15，17，19)、四個單向閥(14,16,18,20)往復切換配合，進行氣體連續(xù)輸出控制；所述的壓力流量反饋部分由三個壓力傳感器組成，用于實現(xiàn)五級反饋，分別是設(shè)置在氣體增壓泵0 輸出端、作為第一級壓力反饋的第一級壓力傳感器(7)，設(shè)置在壓力流量控制部分 (3)輸出端、作為第二級壓力反饋的第二級壓力傳感器(8)，設(shè)置在氣體輸出部分(4)輸出端、作為第三級壓力反饋的第三級壓力傳感器(9)，所述的第一級壓力傳感器(7)與第二級壓力傳感器(8)組合形成用于調(diào)節(jié)氣體壓力平衡的第四級壓力反饋，所述的第二級壓力傳感器(8)與第三級壓力傳感器(9)組合形成用于調(diào)節(jié)氣體壓力流量的第五級壓力反饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的直線往復運動機構(gòu)(11)包括伺服電機、行星減速機、微型絲杠和限位開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的氣體輸出部分由不銹鋼螺旋形管組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的直線往復運動機構(gòu)(11)的直線運動精密誤差小于lOum，直線運動速度由電機調(diào)節(jié)，電機速度范圍為O 3000rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的氣體增壓泵02)的輸出壓力為O 32MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的氣體增壓泵02)采用空氣壓縮機的壓縮空氣作為驅(qū)動，空氣壓縮機的輸出壓力為O 0. 8MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的壓力控制范圍為O 32MPa，流量控制范圍為O lOOmL。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的行星減速機的減速比為30 1 80 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的微型絲杠的螺距小于或等于2mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，其特征是所述的雙作用缸(12)的有效面積小于或等于5平方厘米。
專利摘要本實用新型公開了一種微流量高壓液化氣體的恒壓恒流量注入裝置，包括氣體增壓液化部分、氣體輸出部分、壓力流量控制部分與壓力流量反饋部分；氣體增壓液化部分包括氣體增壓泵；壓力流量控制部分由直線往復運動機構(gòu)、雙作用缸以及組成橋路的四個換向電磁閥組成，直線往復運動機構(gòu)帶動雙作用缸的活塞桿進行精密直線運動，使雙作用缸與四個電磁閥、四個單向閥往復切換配合，進行氣體連續(xù)輸出控制；壓力流量反饋部分由三個壓力傳感器組成，用于實現(xiàn)壓力流量的五級反饋。本實用新型的氣體注入裝置能夠?qū)⒏邏何⒘髁繗怏w方便、恒壓恒流量地注入到待注容器或設(shè)備中，可廣泛應用于如聚合物CO2超臨界發(fā)泡、高壓CO2萃取等對氣體注入有嚴格要求的系統(tǒng)中。
文檔編號B29C44/36GK202123616SQ20112019899
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者吳飛, 左國坤, 徐佳琳, 鄭華文, 鄭文革, 陳建華 申請人:中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所