CN104565501B - 一种微流控三通电磁阀及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微流控三通电磁阀，其特征在于：电磁阀体安装有一个微型电磁体，一个微型的旋转电机，和一个二通管。旋转电机能够顺时针或逆时针旋转二通管，二通管的顶端有一个H长度的行程，二通管的下端伸出电磁阀体，在封死的下部端头侧面开有一个圆形的，直径为Φ100μm~Φ500μm的圆开口。提供的操作方法有装阀、检漏及使用步骤，使用步骤包括一通大气和二通大气，三通进出通道和关闭三通等。本发明具有使用简单，方便，可以任意直接与芯片控制孔连接；便于维护，不易发生故障，工作效率高。

Description

一种微流控三通电磁阀及使用方法

技术领域

本发明涉及一种新型微流控三通电磁阀和它的使用方法，从使用上讲，是微流控芯片上使用的一种微流控三通电磁阀及使用方法。

背景技术

目前，随着微流控芯片技术的飞速发展，对微流控通道的开关控制，越来越被关注。所以近来人们对微流控通道控制的高智能、高自动化的研究和生产，也来越多。但伴随目前大多数微流控芯片还只是在实验研究中应用的比较多，因此，高智能、高自动化的开关控制，如气阀等控制，不适合灵活多变的创新实验设计和具体的实验需求。另外，采用的高智能、高自动化的控制开关，一是需要根据实验更改控制参数和软件程序，二是需要另外采购和维护费用较高，实验使用成本相对高，增加了微流控芯片的实验研究的推广成本。

因此，需要一种更加简单、专业的微流控芯片的微通道的控制开关，用于实验研究中。

发明内容

本发明的技术方案为：一种微流控三通电磁阀，其主要由电磁阀体，阀芯的二通管组成，其特征在于：电磁阀体为一个空心圆柱体，圆柱体中心上下贯通形成一个电磁阀内腔，电磁阀内腔的上部安装有一个微型线圈组成的电磁体，电磁体中心包裹着电磁阀外接管，以此密封住电磁阀外接管。电磁阀外接管上端伸出电磁阀体10~20mm长，下端与电磁体平齐，接通剩余的中下部电磁阀内腔与电磁阀体外部大气的通路。此设计便于电磁阀外接管与外部管路连接，同时下端与电磁体平齐便于密封加工。在中下部电磁阀内腔壁是一个可滑动旋转的、圆筒状的一个电磁阀内腔圈；电磁阀内腔圈上部嵌入电磁体的下端平面，下部嵌入电磁阀内腔凸台，由此支撑电磁阀内腔圈的滑动。此部件是带动二通管水平旋转的关键。

电磁阀体的内部除去电磁阀内腔和电磁体所占的空间外，安装有1个或2个微型的旋转电机，旋转电机能够顺时针或逆时针旋转，旋转电机通过齿轮传动控制着电磁阀内腔中下部壁上的电磁阀内腔圈的水平转动。因为转动不需要多大角度，所以电机变速和转动角度的控制用齿轮最好，省去电路的时间控制，以及电路时间控制的校准的难题。齿轮控制，旋转角度也好调整和校准。旋转电机顺时针或逆时针的每次开动一次，能够带动电磁阀内腔圈上的内腔圈凸槽刚好顺时针水平旋转90°、或逆时针水平旋转90°。也就是说，旋转电机能让内腔圈凸槽一次顺时针或逆时针传动90°。例如：正向旋转电机开动2次，内腔圈凸槽将顺时针转动180°，正向旋转电机开动4次，顺时针转动360°，内腔圈凸槽带动二通管的旋转360°而转回到原位。同样反向旋转电机开动2次，内腔圈凸槽将逆时针转动180°，反向旋转电机开动4次，逆时针转动360°，内腔圈凸槽带动二通管的旋转360°而转回到原位。旋转电机正向开动一次，反向再开动一次，内腔圈凸槽带动二通管顺时针旋转90°又逆时针旋转90°，转回到原位。

在中下部电磁阀内腔，安装有一个下部端头封死的二通管，二通管的顶端距离电磁阀外接管和电磁体的下端面有一个H长度，在H长度的电磁阀内腔内安装有伸缩行程为H长度的弹性装置。这是阀芯的部件，使阀芯的二通管既能旋转又能直线运动。弹性装置的上端固定在电磁体的下端面上，弹性装置的下端顶着二通管顶部的铁磁性耳子上。铁磁性耳子上的设计可以通过行程限位卡，卡住铁磁性耳子来简单地完成限位，同时又加强了电磁磁性作用力，保证了直线运动的磁性吸合动力。

二通管的上部加工有凹槽与内腔圈凸槽配合。保障了二通管能随内腔圈凸槽的旋转而转动。二通管的下端伸出电磁阀体，在封死的下部端头侧面开有一个圆形的，直径为Φ100μm ~ Φ500μm的圆开口。H长度在100μm ~ 500μm之间，与圆开口直径Φ100μm ~ Φ500μm的数值一一相等，对应匹配。例如：当H长度=100μm时，圆开口直径=Φ100μm；H长度=200μm时，圆开口直径=Φ200μm；当H长度=300μm时，圆开口直径=Φ300μm；H长度=400μm时，圆开口直径=Φ400μm；H长度=500μm时，圆开口直径=Φ500μm；根据H长度和圆开口的直径，制作不同规格的微流控三通电磁阀。二通管（9）外径1mm，内径0.75mm。采用统一的标准毛细管，有利于批量生产和降低成本。

上述技术方案中，所述电磁体与电磁阀内腔壁密闭粘贴，电磁阀外接管与电磁阀体内壁密闭粘贴。所述电磁阀体的电磁阀内腔底端安装有封闭二通管外侧壁的密封圈；保证电磁阀体的密闭不透气。

所述二通管下部端头的圆开口的开口方向与二通管的上部加工的凹槽方向相互成90°垂直。在伸出电磁阀体的二通管中部，正对二通管的上部加工的凹槽的一侧外壁上标有方向标识，即标识在与圆开口的开口方向成90°处。此设计目的在于使用方便，简单，方向的开关明确。在二通管下部封死的端头的底部加工有缓冲柔软密封垫，这样设计，既保证了密封性，有保护了二通管和微通道。

上述技术方案中，所述电磁阀体在电磁体的下端平面和固定基座加工有内腔圈嵌入槽，能使电磁阀内腔圈嵌入固定。设计保证了电磁阀内腔圈的限位转动，使电磁阀内腔空间稳定。所述电磁阀内腔圈在其外侧中部加工齿轮咬齿，能与齿轮咬合，使电磁阀内腔圈能被旋转电机的齿轮传动。电磁阀内腔圈加工有一个二通管的行程限位卡，二通管在弹性装置的作用下向下行程到距离电磁阀外接管和电磁体的下端面H长度时，行程限位卡将卡住二通管顶部的铁磁性耳子，保证二通管的向下行程固定在H长度。

上述技术方案中，本发明提供了使用方法，具体见说明书实施例。

本发明技术特点是制作方便，使用简单。

与现有的微流控通路控制相比，本发明有下列有益效果：（1）使用简单，方便，可以任意直接与芯片控制孔连接；（2）便于维护，不易发生故障，工作效率高；（3）制作方便简单，使用成本低廉，节约成本。

附图说明

图1为本发明的剖视和在芯片体上使用的剖视示意图。

图2为本发明的二通管的俯视、主视、仰视示意图。

图3为本发明的内部旋转电机传动内腔圈的示意图。

图中：1.电磁阀体；2.旋转电机；3.电磁体；4.电磁阀外接管；5.电磁阀内腔；6.内腔圈凸槽；7.弹性装置；8.密封圈；9.二通管；10.方向标识；11.微流控芯片；12.微通道控制口；13.微通道；14.缓冲柔软密封垫；15.圆开口；16.二通管仰视图；17.二通管俯视图；18.铁磁性耳子；19.凹槽；20.电磁阀内腔圈；21.内腔圈传动齿轮；22.旋转电机轴；23.旋转电机轴齿；24.变速大齿轮；25. 内腔圈传动齿轮轴；26.固定基座；27.内腔圈嵌入槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。

实施例一

参照图1至图3的形状结构，一种微流控三通电磁阀，电磁阀外接管4上端伸出电磁阀体1长度是20mm，二通管9在封死的下部端头侧面开的圆开口15直径为Φ500μm，H长度=500μm。

使用步骤如下：装阀：用芯片卡具固定好微流控芯片11，将本发明的二通管9按照管身上的方向标识10的箭头朝向微通道13的进样方向，插入微流控芯片11的微通道控制口12，直至微通道13底部。此时圆开口15对着微通道13的进样方向，微流控芯片11的微通道13进样方向的通道通过二通管9、电磁阀内腔5、电磁阀外接管4与外部大气相通。然后固定好电磁阀体1。

检漏：全部微流控芯片11的微通道控制口12都安装固定好电磁阀体1后，保持电磁体3电源关闭，接通电磁阀电源，开启全部微流控芯片11的旋转电机2。此时旋转电机轴22旋转带动了旋转电机轴齿23，旋转电机轴齿23通过内腔圈传动齿轮轴25上的变速大齿轮24减速。同时，减速后的内腔圈传动齿轮轴25联动内腔圈传动齿轮21，内腔圈传动齿轮21通过咬合电磁阀内腔圈20外壁上的齿轮咬齿，将电磁阀内腔圈20转动，电磁阀内腔圈20又通过其上的内腔圈凸槽6和二通管9上的凹槽19，一起联动。旋转电机2将二通管9顺时针转动90°，二通管9按照管身上的方向标识10的箭头朝向与微通道13的进样方向垂直，表明圆开口15与微通道13的流通方向垂直，圆开口15被微通道控制口12的侧壁封堵，此时，微流控芯片11的微通道13被二通管9完全堵死不通。从进样口打气检查密封情况，如个别微通道控制口12漏气，调整电磁阀体1的压下量和角度，至不漏气，固定好电磁阀体1。

使用：一通大气。保持电磁体3电源关闭，需要微流控芯片11的哪一条微通道13连通外部，就将这条微通道13的微通道控制口12的旋转电机反向开通，旋转电机2将二通管9逆时针转动90°，二通管9恢复原位，方向标识10的箭头朝向指示圆开口15对着微通道13的进样方向，微通道13进样方向的通道通过二通管9、电磁阀内腔5、电磁阀外接管4与外部大气相通。

二通大气。保持电磁体3电源关闭，将旋转电机2正向或反向开通2次，方向标识10的箭头朝向指示圆开口15对着微通道13的出样方向，微通道13出样方向的通道通过二通管9、电磁阀内腔5、电磁阀外接管4与外部大气相通。

三通进出通道。打开电磁体3电源，电磁铁产生磁场的磁场力克服弹性装置7的弹力，电磁体3吸合铁磁性耳子18，二通管9向上行程H=500μm的长度，将压下的二通管9抬离微通道13。此时，二通管9从微通道13处升入到微通道控制口12内，由于二通管9底部是封死的，故此时，微通道13进样方向和出样方向的通道贯通。

关闭三通。关闭电磁体3电源，磁场力消失，二通管9被弹性装置7压回到微通道13内。开通旋转电机2将二通管9按照管身上的方向标识10的箭头朝向与微通道13的进出样方向垂直，表明圆开口15与微通道13的流通方向垂直，圆开口15被微通道控制口12的侧壁封堵，此时，微流控芯片11的微通道13的进样方向与出样方向的通道被二通管9关闭断开。

实施例二

参照图1至图3的形状结构，一种微流控三通电磁阀，电磁阀外接管4上端伸出电磁阀体1长度是10mm，二通管9在封死的下部端头侧面开的圆开口15，直径为Φ100μm，H长度=100μm。

实施例三

参照图1至图3的形状结构，一种微流控三通电磁阀，电磁阀外接管4上端伸出电磁阀体1长度是15mm，二通管9在封死的下部端头侧面开的圆开口15直径为Φ350μm，H长度=350μm。安装有2个只能顺时针或逆时针一个方向旋转的单向旋转电机2，传动齿轮是只能一个方向咬合传力，反方向滑动不传动。

操作时步骤如实施例一。不同的是，当需要二通管9顺时针或逆时针旋转时，只需开动1个旋转电机2。需要二通管9顺时针再逆时针来回旋转时，只需依次开动2个旋转电机2一次就能完成动作。

Claims (4)

1.一种微流控三通电磁阀，其主要由电磁阀体（1），阀芯的二通管（9）组成，其特征在于：电磁阀体（1）为一个空心圆柱体，圆柱体中心上下贯通形成一个电磁阀内腔（5），电磁阀内腔（5）的上部安装有一个微型线圈组成的电磁体（3），电磁体（3）中心包裹着电磁阀外接管（4）；电磁阀外接管（4）上端伸出电磁阀体（1）10~20mm长，下端与电磁体（3）平齐，接通剩余的中下部电磁阀内腔（5）与电磁阀体（1）外部大气的通路；在中下部电磁阀内腔（5）壁是一个可滑动旋转的、圆筒状的一个电磁阀内腔圈（20）；电磁阀体（1）的内部除去电磁阀内腔（5）和电磁体（3）所占的空间外，安装有1个或2个微型的旋转电机（2），旋转电机（2）能够顺时针或逆时针旋转，旋转电机（2）通过齿轮传动控制着电磁阀内腔（5）中下部的电磁阀内腔圈（20）的水平旋转；旋转电机（2）顺时针或逆时针的每次开动一次，能够带动电磁阀内腔圈（20）上的内腔圈凸槽（6）刚好顺时针水平旋转90°、或逆时针水平旋转90°；在中下部电磁阀内腔（5），安装有一个下部端头封死的二通管（9），二通管（9）的顶端距离电磁阀外接管（4）和电磁体（3）的下端平面有一个H长度，在H长度的电磁阀内腔（5）内安装有伸缩行程为H长度的弹性装置（7）；弹性装置（7）的上端固定在电磁体（3）的下端平面上，弹性装置（7）的下端顶着二通管（9）的顶部的铁磁性耳子（18）上；二通管（9）的上部加工有凹槽（19）与内腔圈凸槽（6）相配合；二通管（9）的下端伸出电磁阀体（1），在封死的下部端头侧面开有一个圆形的，直径为Φ100μm ~ Φ500μm的圆开口（15）。

2.根据权利要求1所述的一种微流控三通电磁阀，其特征在于：所述电磁体（3）与电磁阀内腔（5）壁密闭粘贴，电磁阀外接管（4）与电磁阀体（1）内壁密闭粘贴；所述电磁阀体（1）的电磁阀内腔（5）底端安装有密闭二通管（9）外侧壁的密封圈（8）；所述二通管（9）下部端头的圆开口（15）的开口方向与二通管（9）的上部加工的凹槽（19）方向相互成90°垂直；在伸出电磁阀体（1）的二通管（9）中部，正对二通管（9）的上部加工的凹槽（19）一侧的外壁上标有方向标识（10）；在二通管（9）下部封死的端头的底部加工有缓冲柔软密封垫（14）。

3.根据权利要求1所述的一种微流控三通电磁阀，其特征在于：所述电磁阀体（1）在电磁体（3）的下端平面和固定基座（26）加工有内腔圈嵌入槽（27），能使电磁阀内腔圈（20）嵌入固定；所述电磁阀内腔圈（20）在其外侧中部加工齿轮咬齿，能与齿轮咬合；在电磁阀内腔圈（20）上加工有一个二通管（9）的行程限位卡，保证二通管（9）的向下行程固定在H长度；H长度在100μm ~ 500μm之间，与圆开口（15）直径Φ100μm ~ Φ500μm的数值一一相等，对应匹配；二通管（9）外径1mm，内径0.75mm。

4.使用权利要求1-3中任一项所述的一种微流控三通电磁阀的使用方法，其特征在于：操作步骤如下：

装阀：用芯片卡具固定好微流控芯片（11），将所述的二通管（9）按照管身上的方向标识（10）的箭头朝向微通道（13）的进样方向，插入微流控芯片（11）的微通道控制口（12）内，直至微通道（13）底部；然后固定好电磁阀体（1）；

检漏：保持电磁体（3）电源关闭，接通电磁阀电源，开启全部旋转电机（2）将方向标识（10）的箭头朝向与微通道（13）的进样方向垂直，从进样口打气检查密封情况；

使用：一通大气，保持电磁体（3）电源关闭，开启旋转电机（2），将方向标识（10）的箭头朝向微通道（13）的进样方向；二通大气，保持电磁体3电源关闭，开启旋转电机（2），将方向标识（10）的箭头朝向微通道（13）的出样方向；三通进出通道，打开电磁体3电源，电磁体3吸合铁磁性耳子（18），二通管（9）向上行程H长度；四闭三通，关闭电磁体（3）电源，开通旋转电机（2）将方向标识（10）的箭头朝向与微通道（13）的进出样方向垂直，此时微流控芯片（11）的微通道（13）的进样方向与出样方向的通道断开。