CN107044559A - 一种基于磁驱液控微阀供气换向装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于磁驱液控微阀供气换向装置及其使用方法，属于精密测量设备技术领域。本发明阀体底部开有进气口，阀体顶部对称开有出气口Ⅰ、出气口Ⅱ，进气口通过微通道与出气口Ⅰ、出气口Ⅱ连通，磁性液滴位于微通道内且磁性液滴的宽度大于进气口、出气口Ⅰ、出气口Ⅱ的宽度，磁性液滴的深度、宽度分别等于微通道的深度、宽度且磁性液滴可在微通道内移动，进而堵塞出气口Ⅰ或出气口Ⅱ，磁性液滴堵塞出气口Ⅰ或出气口Ⅱ的同时不堵塞进气口，阀体两侧分别设有电磁线圈I、电磁线圈II。本发明通过控制电磁线圈来产生磁场控制该磁性液滴的移动，从而实现微阀换向的功能，该装置可以实现非接触式驱动，且可靠性高且易于实现。

Description

一种基于磁驱液控微阀供气换向装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种基于磁驱液控微阀供气换向装置及其使用方法，属于精密设备性能的 检测领域。
背景技术
多路换向阀是工程机械系统中的关键部件之一，随着微阀在各个领域的广泛应用，对换 向阀的要求越来越高，目前主要的驱动方式主要有压力驱动换向和光敏液滴驱动换向，主要 操作是通过控制压力的大小和光的强弱来控制微阀的开关，其控制精度低、动态响应差，成 本高等特点且使用次数多会对阀体造成一定的损坏从而降低流动效率。光敏换向阀的缺点：1、 受温度影响较大；2、响应速度慢，在ms到s之间，延迟时间受入射光的光照度影响；3、是 耗材，通常应用于路灯照明、警报器、楼梯灯、小夜灯，不太适用于微通道领域，因为其光 强度控制不恰当，光敏液滴移动的距离就不同，精度很难达到要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于磁驱液控微阀供气换向装置及其使用方法，采 用双电源可以有效减小由于电磁线圈产生的干扰信号对实验的影响，减小实验误差，提高精 度。通过控制电源的开闭来使电磁线圈产生磁场，来吸引磁性液滴的移动，从而控制磁性液 滴封闭阀内部通路，是实现气动微阀非接触式换向控制的重要手段之一。
本发明采用的技术方案是：一种基于磁驱液控微阀供气换向装置，包括电源I1、电磁线圈I2、阀体3、磁性液滴4、电磁线圈II5、电源II6；
所述阀体3底部开有进气口7，阀体9顶部对称开有出气口Ⅰ8、出气口Ⅱ9，进气口7通过微通道与出气口Ⅰ8、出气口Ⅱ9连通，磁性液滴4位于微通道内且磁性液滴4的宽度大于进气口7、出气口Ⅰ8、出气口Ⅱ9的宽度，磁性液滴4的深度、宽度分别等于微通道的深 度、宽度且磁性液滴4可在微通道内移动，进而堵塞出气口Ⅰ8或出气口Ⅱ9，磁性液滴4堵 塞出气口Ⅰ8或出气口Ⅱ9的同时不堵塞进气口7，阀体3两侧分别设有电磁线圈I2、电磁线 圈II5，电磁线圈I2与电源I1连接且位于出气口Ⅱ9的一侧，电磁线圈II5与电源II6连接且位于出气口Ⅰ8的一侧。
优选地，所述阀体3采用聚二甲基硅氧烷材料制作。
一种所述的基于磁驱液控微阀供气换向装置的方法，包括如下步骤：
步骤1：接通电源1，此时电磁线圈I2通电产生磁场，通过控制电磁力F和电流强度I， 吸引磁性液滴4向出气口Ⅱ9移动，恰好将出气口Ⅱ9封闭且没有阻挡进气口时，给微阀进气 口7通气，此时气体从出气口Ⅰ8流出；
步骤2：微阀换向，此时需要关闭电源1，此时仍继续供气，打开电源II6，电磁线圈II5 通电产生磁场，通过控制电磁力F和电流强度I，吸引磁性液滴4向出气口Ⅰ8方向移动，待 恰好封闭出口1且没有阻挡进气口时，气体从出气口Ⅱ9流出。
所述的步骤也可以为先接通电源II6，电磁线圈II5通电产生磁场，使磁性液滴4向出气口 Ⅰ8移动，待恰好封闭出口1且没有阻挡进气口时，气体从出气口Ⅱ9流出；然后微阀换向时， 关闭电源II6，仍继续供气，接通电源1，电磁线圈I2通电产生磁场，使磁性液滴4向出气口 Ⅱ9移动，当磁性液滴4将出气口Ⅱ9封闭且没有阻挡进气口时，给微阀进气口7通气，此时 气体从出气口Ⅰ8流出。
具体地，所述的电磁力F和电流强度I的计算方法为：由Φ＝B*S1来控 制磁场强度，由I＝E/R总；R总＝ρL/S2求出电流I，此时应满足的电磁力的要求：F＝BIL，
式中：
B：磁场强度；
ΔB：是磁场强度变化量；
Φ：磁通；
Δt：通电时间；
N：线圈匝数；
S1：与磁场方向垂直的平面面积；
E：电动势；
I：线圈中的电流；
R总：线圈中的电阻；
ρ：电阻的电阻率；
L：线圈长度；
S2：电阻的横截面积；
F：电磁力。
本发明专利的有益效果是：
1.该装置结构简单，操作简便，节约资源，降低成本。
2.通过电源的调节，控制电磁线圈是否产生磁场，从而控制磁性液滴的移动，以实现出 气口的开闭。
3.装置工艺简洁，操作便捷，模型简化，容易理解。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中各标号：1-电源I、2-电磁线圈I、3-阀体、4-磁性液滴、5-电磁线圈II、6-电源II、7- 进气口、8-出气口Ⅰ、9-出气口Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种基于磁驱液控微阀供气换向装置，包括电源I1、电磁线圈I2、 阀体3、磁性液滴4、电磁线圈II5、电源II6；
所述阀体3底部开有进气口7，阀体9顶部对称开有出气口Ⅰ8、出气口Ⅱ9，进气口7通过微通道与出气口Ⅰ8、出气口Ⅱ9连通，磁性液滴4位于微通道内且磁性液滴4的宽度大于进气口7、出气口Ⅰ8、出气口Ⅱ9的宽度，磁性液滴4的深度、宽度分别等于微通道的深 度、宽度且磁性液滴4可在微通道内移动，进而堵塞出气口Ⅰ8或出气口Ⅱ9，磁性液滴4堵 塞出气口Ⅰ8或出气口Ⅱ9的同时不堵塞进气口7，阀体3两侧分别设有电磁线圈I2、电磁线 圈II5，电磁线圈I2与电源I1连接且位于出气口Ⅱ9的一侧，电磁线圈II5与电源II6连接且位于出气口Ⅰ8的一侧。
不工作时，磁性液滴4位于进气口7的正上方，由于磁性液滴4的宽度大于进气口7的 宽度，因此此时磁性液滴4堵塞进气口7，磁性液滴4的深度、宽度分别等于微通道的深度、 宽度，即磁性液滴4恰好与微通道紧密贴合，在微阀两侧分别存在一个电磁线圈，将电磁线 圈接上电源即构成整个装置。
优选地，所述阀体3采用聚二甲基硅氧烷材料制作，二甲基硅氧烷材料的透光性和生物 兼容性好，使用简单成本低，而且具有良好的化学惰性等特点，是一种广泛应用于微流控等 领域的聚合物材料。
一种所述的基于磁驱液控微阀供气换向装置的方法，包括如下步骤：
步骤1：接通电源1，此时电磁线圈I2通电产生磁场，由公式：Φ＝B*S1来控制磁场强度，由I＝E/R总；R总＝ρL/S2求出电流I，吸引磁性液滴4向出气口Ⅱ9移动， 此时应满足的力的要求：F＝BIL，吸引磁性液滴4移动，恰好将出气口Ⅱ9封闭且没有阻挡 进气口时，给微阀进气口7通气，此时气体从出气口Ⅰ8流出；
步骤2：微阀换向，此时需要关闭电源1，此时仍继续供气，打开电源II6，电磁线圈II5 通电产生磁场，由公式：Φ＝B*S1来控制磁场强度，由I＝E/R总；R总＝ρL/S2求出电流I，吸引磁性液滴4向出气口Ⅰ8移动，此时应满足的力的要求：F＝BIL，吸引磁 性液滴4向出气口Ⅰ8方向移动，待恰好封闭出口1且没有阻挡进气口时，气体从出气口Ⅱ9 流出。
当然，可以根据实际情况决定出气口Ⅰ8、出气口Ⅱ9的打开顺序，即前述的步骤也可以 为：先接通电源II6，电磁线圈II5通电产生磁场，使磁性液滴4向出气口Ⅰ8移动，待恰好封 闭出口1且没有阻挡进气口时，气体从出气口Ⅱ9流出；然后微阀换向时，关闭电源II6，仍 继续供气，接通电源1，电磁线圈I2通电产生磁场，使磁性液滴4向出气口Ⅱ9移动，当磁性 液滴4将出气口Ⅱ9封闭且没有阻挡进气口时，给微阀进气口7通气，此时气体从出气口Ⅰ8 流出。
具体计算公式如下：
Φ＝B*S1；I＝E/R总；R总＝ρL/S2；F＝BIL；其中：
B：磁场强度；
ΔB：是磁场强度变化量；
Φ：磁通；
Δt：通电时间；
N：线圈匝数；
S1：与磁场方向垂直的平面面积；
E：电动势；
I：线圈中的电流；
R总：线圈中的电阻；
ρ：电阻的电阻率，是由其本身性质决定的；
L：线圈长度；
S2：电阻的横截面积；
F：电磁力。
需要说明的是，本发明中指的宽度指的是水平方向上的距离。
本发明装置简单，只需要额外添加电磁线圈、电源以及磁性液滴4；该装置模型简单， 容易理解，PDMS材料应用普遍，成本低，透光性良好、生物相容性佳、强疏水性；由于被控液滴属于磁性液滴，属于电磁原理驱动，可以通过控制电磁线圈来产生磁场控制该磁性液 滴的移动，从而实现微阀换向的功能，该装置可以实现非接触式驱动，且可靠性高且易于实 现。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方 式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出 各种变化。

Claims (5)

1.一种基于磁驱液控微阀供气换向装置，其特征在于：包括电源I(1)、电磁线圈I(2)、阀体(3)、磁性液滴(4)、电磁线圈II(5)、电源II(6)；
所述阀体(3)底部开有进气口(7)，阀体(9)顶部对称开有出气口Ⅰ(8)、出气口Ⅱ(9)，进气口(7)通过微通道与出气口Ⅰ(8)、出气口Ⅱ(9)连通，磁性液滴(4)位于微通道内且磁性液滴(4)的宽度大于进气口(7)、出气口Ⅰ(8)、出气口Ⅱ(9)的宽度，磁性液滴(4)的深度、宽度分别等于微通道的深度、宽度且磁性液滴(4)可在微通道内移动，进而堵塞出气口Ⅰ(8)或出气口Ⅱ(9)，磁性液滴(4)堵塞出气口Ⅰ(8)或出气口Ⅱ(9)的同时不堵塞进气口(7)，阀体(3)两侧分别设有电磁线圈I(2)、电磁线圈II(5)，电磁线圈I(2)与电源I(1)连接且位于出气口Ⅱ(9)的一侧，电磁线圈II(5)与电源II(6)连接且位于出气口Ⅰ(8)的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁驱液控微阀供气换向装置，其特征在于：所述阀体(3)采用聚二甲基硅氧烷材料制作。
3.一种使用权利要求3所述的基于磁驱液控微阀供气换向装置的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：接通电源(1)，此时电磁线圈I(2)通电产生磁场，通过控制电磁力F和电流强度I，吸引磁性液滴(4)向出气口Ⅱ(9)移动，恰好将出气口Ⅱ(9)封闭且没有阻挡进气口时，给微阀进气口(7)通气，此时气体从出气口Ⅰ(8)流出；
步骤2：微阀换向，此时需要关闭电源(1)，此时仍继续供气，打开电源II(6)，电磁线圈II(5)通电产生磁场，通过控制电磁力F和电流强度I，吸引磁性液滴(4)向出气口Ⅰ(8)方向移动，待恰好封闭出口(1)且没有阻挡进气口时，气体从出气口Ⅱ(9)流出。
4.根据权利要求3所述的一种使用权利要求1所述的基于磁驱液控微阀供气换向装置的方法，其特征在于：所述的步骤也可以为先接通电源II(6)，电磁线圈II(5)通电产生磁场，使磁性液滴(4)向出气口Ⅰ(8)移动，待恰好封闭出口(1)且没有阻挡进气口时，气体从出气口Ⅱ(9)流出；然后微阀换向时，关闭电源II(6)，仍继续供气，接通电源(1)，电磁线圈I(2)通电产生磁场，使磁性液滴(4)向出气口Ⅱ(9)移动，当磁性液滴(4)将出气口Ⅱ(9)封闭且没有阻挡进气口时，给微阀进气口(7)通气，此时气体从出气口Ⅰ(8)流出。
5.根据权利要求3或4所述的一种使用权利要求1所述的基于磁驱液控微阀供气换向装置的方法，其特征在于：所述的电磁力F和电流强度I的计算方法为：由Φ＝B*S1来控制磁场强度，由I＝E/R总；R总＝ρL/S2求出电流I，此时应满足的电磁力的要求：F＝BIL，
式中：
B：磁场强度；
ΔB：是磁场强度变化量；
Φ：磁通；
Δt：通电时间；
N：线圈匝数；
S1：与磁场方向垂直的平面面积；
E：电动势；
I：线圈中的电流；
R总：线圈中的电阻；
ρ：电阻的电阻率；
L：线圈长度；
S2：电阻的横截面积；
F：电磁力。
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