一种新颖的利用软管蠕动实现的电磁输液泵

　　0引　言

　　通过挤压弹性软管的外管壁实现管内流体加压的软管输液泵,一般被用在医疗和化学分析仪器中。

　　由于流体和机械零件之间存在着一层可以更换的管壁,因此它可以用来输送各种不同的液体(如酸、碱、药液等),并且可以避免液体被污染,软管泵不需要清洗(软管随着流体的变更而更换)。已经商品化的软管输液泵主要由环绕在圆柱形内壁的弹性橡胶软管和挤压软管的转动轮组成,转动轮通常由一个旋转执行器比如电动机来驱动,在这种系统中,流量控制完全是靠在较宽的速度范围内对旋转执行器的转速进行精确控制来实现的。由于驱动电动机的功率较大,因此不适合用电池驱动,限制了它的可携带性。为了能在更简单的结构下实现对流量的准确控制,并便于携带,本文介绍了一种用电池驱动的直线式微型电磁软管输液泵(以下简称为:电磁软管输液泵)。该电磁软管输液泵是由直线排列的铡刀型电磁执行器(电磁铁)的依次开闭来挤压橡胶软管,在软管上产生蠕动运动的,同时本文还介绍了该软管输液泵在电池供电条件下的节能驱动方法。

　　1电磁软管输液泵的构成

　　本文介绍的电磁软管输液泵是为便携式静脉输液装置而专门开发研制的。一般的静脉输液装置不方便移动,限制了病人的活动范围,在日常中一些需要按照时间表进行药物注射的病人同样受到了限制。本文介绍的便携式输液系统如图1所示,它是由装在胸部衣服口袋中的液体药物袋、沿着肩和手臂引出的弹性软管和放在手臂上部带有控制器的软管泵驱动器组成。与一般的输液装置一样药液只能从前臂滴入人体,表1给出了便携式点滴装置的技术要求。

　　电磁软管输液泵中使用的铡刀式电磁执行器如图2a所示,当电磁执行器的线圈加正向激励时,在衔铁和固定铁心之间将产生挤压弹性软管的压力,当电磁执行器的线圈激励消失后,衔铁靠变形软管产生的弹性力返回到原来位置。

　　一般的电磁执行器要通过给线圈连续地施加激励来保持衔铁的吸合状态,这样必然造成电能的浪费,特别是驱动间隔较长的情况下,电能的消耗非常大。

　　为了减少电能的损耗,本系统中采用了具有电磁自锁机构的电磁执行器,即在电磁执行器的磁路中加入了稀土永久磁铁来实现电磁自锁功能,电磁自锁机构是一种通用技术,也是开关式电磁执行器驱动中非常有效的节能方法之一。

　　图2b给出了一个具有电磁自保功能的铡刀式电磁执行器的推力-位移特性曲线的例子。假设软管变形后产生的弹性力和软管内的压力可等效成为弹簧负载,在没有给电磁执行器的线圈施加激励的情况下,由于永久磁铁产生的吸引力小于弹簧负载产生的弹性力,因此衔铁始终处于开的位置。当给线圈施加正向激励时,即线圈产生的磁场方向与永久磁铁产生的磁场方向一致时,在线圈和永久磁铁的共同作用下,合成吸引力大于弹簧负载的弹性力,衔铁闭合于位置①,如果在此位置撤销激励,靠永久磁铁产生的吸引力就可以保持衔铁闭合于位置②上,因此,不需要消耗电能就达到节能的目的。当给线圈施加反向激励时,线圈产生的磁场方向与永久磁铁产生的磁场方向相反,合成吸引力减小,由于合成吸引力小于弹簧负载的弹性力,衔铁被释放返回到开的位置③。由于电磁自锁式电磁执行器的开、关采用的是瞬时激励方式来驱动电磁执行器工作的,即使用脉冲电压或脉冲电流驱动,因此在稳定状态下电磁执行器并不消耗能量,而且稳定状态又占据了电磁执行器的绝大部分工作时间,因此节能效果非常好。