CN105278587A - 多通道微流控气压源 - Google Patents

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李松晶
刘君
符海
曾文
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Abstract

多通道微流控气压源，属于微流体领域，本发明为解决微流控系统中采用注射泵等调节流量时存在调节精度低，流量有脉动性，体积大，响应速度慢，不方便和微流控芯片集成的问题。本发明方案：微流道主管路的首末端分别为进气微流道和输出气体微流道，主管路上还设置有排气微流道这条支管路；进气微流道的管路上设置有进气微阀，排气微流道的管路上设置有排气微阀；供气气源的出口和进气微流道入口连通，输出气体微流道的出口设置有压力传感器；在输出气体微流道的管路上设置有流量传感器；流量传感器采集的微流道内气体流量信号，压力传感器采集微流道内气体压力信号，都发送给微阀控制器，微阀控制器通过微阀驱动器来控制进气微阀和排气微阀的开度。

Description

多通道微流控气压源
技术领域
本发明为多通道微流控气压源装置，属于微流体领域。
背景技术
目前，市场上的蠕动泵和注射泵等微小流量控制系统响应速度慢、体积大，并且输出流量存在脉动等缺点，随着微流控技术的发展，其难以满足要求：1)实验和工程需要，精密微流控系统需要精确和稳定的气源输入，流量脉动会影响工作结果或扩大误差；2)注射泵通过选取注射器的直径来计算步进电机的速度进而输出设定流量，结构复杂，体积大，难与微流控芯片集成。
发明内容
本发明目的是为了解决微流控系统中采用注射泵等调节流量时存在调节精度低，流量有脉动性，体积大，响应速度慢，不方便和微流控芯片集成的问题，提供了多通道微流控气压源装置方案。
本发明所述多通道微流控气压源，它包括供气气源、进气微阀、微流道、流量传感器、压力传感器、微阀控制器、排气微阀和微阀驱动器；
微流道主管路的首末端分别为进气微流道和输出气体微流道，进气微流道和输出气体微流道之间的主管路上还设置有排气微流道这条支管路；进气微流道的管路上设置有进气微阀，排气微流道的管路上设置有排气微阀；
供气气源的出口和微流道的进气微流道入口连通，微流道的输出气体微流道的出口设置有压力传感器，微流道内的气体经由压力传感器的出口输出；
在输出气体微流道的管路上设置有流量传感器；
流量传感器的微流道内气体流量信号输出端与微阀控制器的流量信号输入端相连；压力传感器的微流道内气体压力信号输出端与微阀控制器的压力信号输入端相连；微阀控制器的开度指令输出端与微阀驱动器的开度指令输入端相连，微阀驱动器控制进气微阀和排气微阀的开度。
本发明的优点：1)尺寸小，微流道和微阀高度集成，体积控制在40mm×30mm以内，极大地提高整个模块的集成化和小型化程度。2)控制精度高，采用流量传感器、压力传感器和微阀控制器形成闭环控制，准确地控制微阀从而输出高精度的流量和压力。3)动态响应速度快，采用微阀作为执行元件，方便控制。4)各路输入微流道和供气气源相互独立，避免了相互之间的干扰，提高了输出精度。
附图说明
图1是多通道微流控气压源的控制原理框图；
图2是实施方式二的微流道和微阀布局方案；
图3是实施方式三的微流道和微阀布局方案；
图4是具体实施例四中的微流道和微阀布局方案。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述多通道微流控气压源，它包括供气气源101、进气微阀102、微流道103、流量传感器104、压力传感器105、微阀控制器106、排气微阀107和微阀驱动器108；
微流道103主管路的首末端分别为进气微流道和输出气体微流道，进气微流道和输出气体微流道之间的主管路上还设置有排气微流道这条支管路；进气微流道的管路上设置有进气微阀102，排气微流道的管路上设置有排气微阀107；
供气气源101的出口和微流道103的进气微流道入口连通，微流道103的输出气体微流道的出口设置有压力传感器105，微流道103内的气体经由压力传感器105的出口输出；
在输出气体微流道的管路上设置有流量传感器104；
流量传感器104的微流道内气体流量信号输出端与微阀控制器106的流量信号输入端相连；压力传感器105的微流道内气体压力信号输出端与微阀控制器106的压力信号输入端相连；微阀控制器106的开度指令输出端与微阀驱动器108的开度指令输入端相连，微阀驱动器108控制进气微阀102和排气微阀107的开度。
工作原理：本实施方式由微阀控制器106编程设置进入微流道的气体压力和流量，通过进气微阀102阀芯的上下移动改变阀口开度从而控制进气量，气体流出微流道103后，由流量传感器104和压力传感器105分别测得其流量和压力，并将信号输入给微阀控制器106，微阀控制器106通过比较其与给定值的偏差而反馈给微阀驱动器108，微阀驱动器108驱动进气微阀102(气体实际输出流量小于给定值)或者排气微阀107(气体实际输出流量达到给定值，需要将进入微流道的气体排入大气)。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，采用凸轮作为微阀致动器实例。位置1和位置2处设置进气微流道，位置9和位置10处设置输出气体微流道，位置7和位置8设置排气微流道，位置3和位置6处设置进气微阀102，位置4和位置5处设置排气微阀107。此方案中四个微阀并列排布，方便布局和接线。
具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，采用凸轮作为微阀致动器实例。位置1和位置2处设置进气微流道，位置9和位置10处设置输出气体微流道，位置7和位置8处设置排气微流道，位置3和位置6处设置进气微阀102，位置4和位置5处设置排气微阀107。此方案中四个微阀分成两组位于支架的两侧，微流道形状简单，微阀组排列紧凑。
具体实施方式四：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，采用凸轮作为微阀致动器实例。位置1和位置2处设置进气微流道，位置9和位置10处设置输出气体微流道，位置7和位置8处设置排气微流道，位置3和位置6处设置进气微阀102，位置4和位置5处设置排气微阀107。此方案中四个微阀分别位于支架的四周，极大的缩小微阀组的体积，有利于装置的微小化。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一至四任一实施方式作进一步说明，所给图中微阀(进气微阀102、排气微阀107)的驱动方式为步进电机驱动，微阀(进气微阀102、排气微阀107)为步进电机凸轮微阀。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式一至四任一实施方式作进一步说明，供气气源1可以是气泵、压缩空气源或者气瓶等。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式一至四任一实施方式作进一步说明，每一个微阀(进气微阀102、排气微阀107)都有相应的微阀控制器和微阀驱动器来控制和驱动微阀。
具体实施方式八：本实施方式对实施方式二至四任一实施方式作进一步说明，微阀(进气微阀102、排气微阀107)可以采用步进电机凸轮微阀、步进电机丝杠微阀等，不影响微流道的布局。

Claims (4)

1.多通道微流控气压源，其特征在于，它包括供气气源(101)、进气微阀(102)、微流道(103)、流量传感器(104)、压力传感器(105)、微阀控制器(106)、排气微阀(107)和微阀驱动器(108)；
微流道(103)主管路的首末端分别为进气微流道和输出气体微流道，进气微流道和输出气体微流道之间的主管路上还设置有排气微流道这条支管路；进气微流道的管路上设置有进气微阀(102)，排气微流道的管路上设置有排气微阀(107)；
供气气源(101)的出口和微流道(103)的进气微流道入口连通，微流道(103)的输出气体微流道的出口设置有压力传感器(105)，微流道(103)内的气体经由压力传感器(105)的出口输出；
在输出气体微流道的管路上设置有流量传感器(104)；
流量传感器(104)的微流道内气体流量信号输出端与微阀控制器(106)的流量信号输入端相连；压力传感器(105)的微流道内气体压力信号输出端与微阀控制器(106)的压力信号输入端相连；微阀控制器(106)的开度指令输出端与微阀驱动器(108)的开度指令输入端相连，微阀驱动器(108)控制进气微阀(102)和排气微阀(107)的开度。
2.根据权利要求1所述多通道微流控气压源，其特征在于，供气气源(101)采用气泵、压缩空气源或者气瓶来实现。
3.根据权利要求1所述多通道微流控气压源，其特征在于，进气微阀(102)和排气微阀(107)的驱动方式为步进电机驱动，进气微阀(102)和排气微阀(107)为步进电机凸轮微阀。
4.根据权利要求1所述多通道微流控气压源，其特征在于，进气微阀(102)和排气微阀(107)采用步进电机凸轮微阀或步进电机丝杠微阀。
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