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高压微流量恒流泵的关键技术

 

微流量泵作为一种能定量输送各种液体的精密流体仪器,广泛应用于石油、化工及食品等领域。目前,微流量产品主要有非机械式的蠕动泵与机械式的恒流泵。蠕动泵由于其驱动特性能达到很小的输出流量,但其最大输出压力仅为几百Pa至几百KPa,很难达到很多场合下的高压输出的要求。因此,为了达到高压、微流量的输出特性,采用柱塞式恒流泵是比较好的选择,而目前国内相关的产品的输出性能远落后于国外同类产品,但是国外相关产品的价格相当昂贵,因此,研发一套具有自主常识产权高精度的高压微流量恒流泵具有非常重要的意义及广阔的应用前景。

恒流泵工作在高压、微流量条件下的性能与所选的泵的类型和参数有密切的关系,目前国内外大部分的恒流泵产品都选用双柱塞泵的结构,其优点是配合精度高、密封性能好;在高压下工作仍有较高的容积效率;只需改变柱塞的行程就能改变流量。

然而,恒流泵可能工作在低至μL/min的微流量状态下,其输出特性受很多因素影响,因此,为了开发高精度的高压微流量恒流泵,需要针对各种主要影响因素进行分析与处理。主要包括以下几点:

(1) 力波动和流量波动的控制:由于目前大部分恒流泵产品采用的是双柱塞结构,靠两个柱塞泵的协同工作实现恒流恒压输出,因此在两个柱塞运动换向时,加减速的不合理控制会产生压力波动和流量波动,大大影响了系统精度。

(2) 电机运动特性:目前,国内大部分恒流泵产品均采用步进电机驱动,最大缺点就是低速下低频振荡,产生脉动,再加上为了节约成本,很多恒流泵产品没有对步进电机进行细分处理,从而导致恒流泵低流速下有较大的流量波动和压力波动。

(3) 毛细管效应和渗漏:为了实现微流量所选柱塞泵和输液管的内径都很小,从而产生的毛细管效应会引起压力损失;另外,恒流泵工作在高压条件下,在柱塞的运动过程中由于液体的可流动性产生的渗漏会引起流量损失。这两种因素同样会影响高压微流量恒流泵的输出性能。

 

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