CN112324929A - 一种光圈式微流控流量调节器 - Google Patents

一种光圈式微流控流量调节器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光圈式微流控流量调节器，包括流入部和流出部，在所述流入部和流出部之间设有光圈装置，所述光圈装置包括由多个叶片构成的可调式叶片组件，所述叶片组件由调节件驱动旋转，整体沿径向做开合式运动，从而形成孔径变化的过流通道；流体从所述流入部进入，流经所述孔径变化的过流通道，经流出部流出，以达到控制液体流量的目的。本发明结构简单，操作方便，采用了通孔大小可调节的光圈装置，放置于PDMS薄膜的下游侧，通过调节件旋动，改变叶片组件构成的过流通道的孔径，从而可改变PDMS薄膜下陷形变大小，以达到连续性控制输出流量的目的，可控性强且控制的稳定性和精度得到极大提升。

Description

一种光圈式微流控流量调节器
技术领域
本发明涉及流量调节器技术领域，尤其是一种光圈式微流控流量调节器。
背景技术
微流控流量调节器最早是以弹性高分子材料薄膜(例如聚二甲基硅氧烷“PDMS薄膜”)为主要变形单元，通过改变薄膜变形的大小以及变形腔室的高度，从而控制液体流量的调节器。传统的微流控流量调节器体积较小，结构较为复杂，一般用于医疗注射等领域。通常采用手动改变注射针管的推动速度来控制液体流速快慢和流量大小的方式，因而存在调节的连续性差、无法保持恒定速率进行液体注入导致控制精度低且费时费力，究其原因主要受限于变形腔室空间有限，较为复杂的调节结构的运动很难在较小的范围内实施。
发明内容
本发明的光圈式微流控流量调节器在传统的流量调节器的基础上，增加光圈装置，可在有限空间范围内进行叶片开合的驱动，可准确调节开合的叶片，从而控制PDMS薄膜通过光圈内孔下凹变形的程度，可实现流量的连续性调控，同时控制速率的稳定性得以提高，从而提升调节精确度。
本发明采用的技术方案如下：
一种光圈式微流控流量调节器，包括流入部和流出部，在所述流入部和流出部之间设有光圈装置，所述光圈装置包括由多个叶片构成的可调式叶片组件，所述叶片组件由调节件驱动旋转，整体沿径向做开合式运动，从而形成孔径变化的过流通道；流体从所述流入部进入，流经所述孔径变化的过流通道，经流出部流出，以达到控制液体流量的目的。
所述光圈装置还包括壳体，所述壳体固设于所述流入部和流出部之间，所述壳体中部设有通孔，所述壳体内设有容纳所述调节件和叶片组件的空间，每个所述叶片的一端设有与所述壳体转动连接的转动点，在所述空间内，所述调节件沿周向转动时，带动多个叶片分别绕各自的转动点旋转，向靠近或远离所述通孔中心的方向运动，从而实现叶片组件整体沿径向做开合式运动；
当叶片组件沿径向完全张开后，在所述壳体中部形成的所述过流通道的孔径最大，且小于等于所述通孔内径，当叶片组件沿径向完全闭合后，在所述壳体中部形成的所述过流通道的孔径为零，即完全将所述通孔封闭。
所述调节件包括一调节环，所述调节环上设有第一连接部，每个叶片的中部设有与所述第一连接部对应连接的第二连接部，当调节环转动时，所述第一连接部带动所述第二连接部，沿所述第一连接部的移动路径进行移动，从而实现所述叶片绕所述转动点旋转。
所述第一连接部为设置在调节环上的多个导向槽，所述第二连接部为设置在叶片上的连接销，每个导向槽上设有容纳所述连接销的槽道，当调节环转动时，所述导向槽带动所述连接销，沿所述槽道的移动路径进行移动，从而实现所述叶片绕所述转动点旋转。
构成所述叶片组件的多个叶片沿周向均匀排布，每个叶片沿相同的角度延伸，相邻两叶片之间部分重叠并构成相同的夹角，使叶片组件径向开合运动过程中，叶片之间没有缝隙；对应地，多个导向槽也沿圆周方向均匀分布。
所述调节环的圆周边缘设有拨动部，所述壳体上设有供所述拨动部沿周向转动的槽孔。
所述壳体包括上壳和下壳，所述下壳的圆周边缘设有边槽，所述上壳和下壳扣合后，所述上壳和所述边槽之间形成所述槽孔。
所述转动点为设置在所述叶片的一端的销孔，所述壳体内沿圆周方向均匀设有多个与多个叶片的销孔一一对应、转动连接的定位销。
所述流入部的结构包括流入通道，所述流入通道的入口端为入流口，出口端位于一入流凹槽上，所述入流凹槽内设有硅胶垫和PDMS薄膜，所述光圈装置位于PDMS薄膜的下游侧；还包括连接部一。
所述流出部的结构包括流出通道，所述流出通道的出口端为出流口，入口端位于一与所述入流凹槽对应的出流凹槽上，其用于填充硬质物，出流凹槽表面上设有一变形腔室，其与所述流出通道的入口端连通；还包括与所述连接部一配合的连接部二。
本发明的有益效果如下：
本发明的光圈式微流控流量调节器，结构简单，操作方便，采用了一个通孔大小可调节的光圈装置，放置于PDMS薄膜的下游侧，通过调节环旋动，改变叶片组件构成的通孔大小，从而可改变PDMS薄膜下陷形变大小，以达到连续性控制输出流量的目的，可控性强且控制的稳定性和精度得到极大提升。
本发明的光圈装置位于入流部和出流部之间，在有限空间内实现叶片开合运动完成孔径调节，体积小、节约空间，操作性强，有利于提高调节速率的均匀性。
本发明输出流量大小及其可调节范围由PDMS薄膜孔径以及光圈装置的叶片的开合导致PDMS薄膜下陷形变的大小决定，大大增加了使用环境的多样性，既可用于前期流量控制研究，也可发展用于适配的生物医疗器械应用。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明光圈装置的结构示意图。
图3是本发明光圈装置隐藏上壳后的结构示意图。
图4是本发明光圈装置隐藏上壳、调节环后的结构示意图。
图5是本发明流入部的结构示意图。
图6是本发明流出部的结构示意图。
图中：1、流入部；2、光圈装置；3、流出部；11、入流口；12、入流凹槽；14、流入通道；15、连接部一；21、上壳；22、调节环；25、叶片组件；23、槽孔；24、下壳；31、出流口；32、出流凹槽；33、流出通道；34、变形腔室；35、连接部二；221、拨动部；222、导向槽；241、边槽；242、定位销；251、叶片；252、连接销。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的光圈式微流控流量调节器，包括流入部1和流出部3，在流入部1和流出部3之间设有光圈装置2；
如图2-图4所示，光圈装置2包括由多个叶片251构成的可调式叶片组件25，叶片组件25由调节件驱动旋转，整体沿径向做开合式运动，从而形成孔径变化的过流通道；流体从流入部1进入，流经孔径变化的过流通道，经流出部3流出，以达到控制液体流量的目的。
光圈装置2还包括壳体，壳体固设于流入部1和流出部3之间，壳体中部设有通孔，壳体内设有容纳调节件和叶片组件25的空间，每个叶片251的一端设有与壳体转动连接的转动点，在空间内，调节件沿周向转动时，带动多个叶片251分别绕各自的转动点旋转，向靠近或远离通孔中心的方向运动，从而实现叶片组件25整体沿径向做开合式运动；
具体地，如图4所示，转动点为设置在叶片251的一端的销孔，壳体内沿圆周方向均匀设有多个与多个叶片251的销孔一一对应、转动连接的定位销242。
当叶片组件25沿径向完全张开后，在壳体中部形成的过流通道的孔径最大，且小于等于通孔内径，当叶片组件25沿径向完全闭合后，在壳体中部形成的过流通道的孔径为零，即完全将通孔封闭。
如图3所示，调节件包括一调节环22，调节环22上设有第一连接部，每个叶片251的中部设有与第一连接部对应连接的第二连接部，当调节环22转动时，第一连接部带动第二连接部，沿第一连接部的移动路径进行移动，从而实现叶片251绕转动点旋转。
如图4所示，上述调节件沿周向转动时，带动多个叶片251分别绕各自的转动点旋转，向靠近或远离通孔中心的方向运动的具体实施方式为：
第一连接部为设置在调节环22上的多个导向槽222，第二连接部为设置在叶片251上的连接销252，每个导向槽222上设有容纳连接销252的槽道，当调节环22转动时，导向槽222带动连接销252，沿槽道的移动路径进行移动，从而实现叶片251绕转动点旋转。
构成叶片组件25的多个叶片251沿周向均匀排布，每个叶片251沿相同的角度延伸，相邻两叶片251之间部分重叠并构成相同的夹角，使叶片组件25径向开合运动过程中，叶片251之间没有缝隙，保证流体的密封性。对应地，多个导向槽222也沿圆周方向均匀分布。
具体地，所述若干导向槽222由靠近调节环22外缘一端向靠近调节环22圆心一端呈螺线形沿周向延伸，多干导向槽222以调节环22圆心为中心，构成均匀分布螺旋放射结构；当调节环22以其圆心为中心旋动时，导向槽22沿固定路径运动从而带动与其连接的连接销252沿固定路径运动。
具体地，每个叶片251上销孔和连接销252的间距及相对位置固定，使得叶片251在连接销252的带动下，以定位销242为轴旋转，实现叶片边旋转边径向开合，从而实现孔径调节。
具体地，导向槽222提供一个容纳连接销252并与其连接的空间，其槽道的具体结构可根据实际需要设计。另一种可预见的设计形式：连接销252可以设置在调节环22上，导向槽22可以设置在相应的叶片251上。
具体地，多个叶片251也以螺旋放射结构均匀排列，类似相机光圈的结构。
具体地，叶片251呈旋流型、条形、球形或其他规则或不规则异形结构，使其在旋转过程中实现径向开合运动。
具体地，相邻两叶片251之间重叠面积及构成的夹角，并且根据实际需求，使叶片组件25径向开合运动过程中，叶片251之间没有缝隙，保证流体的密封性。
调节环22的圆周边缘设有拨动部221，壳体上设有供拨动部221沿周向转动的槽孔23。
具体地，壳体包括上壳21和下壳24，定位销242设置在所述下壳24内；
具体地，下壳24的圆周边缘设有边槽241，上壳21和下壳24扣合后，上壳21和边槽241之间形成槽孔23。
具体地，槽孔23沿周向长度即为拨动部221的运动行程，具体数值根据装置尺寸、叶片251尺寸及其运动行程等实际需求因素进行确定。
具体地，拨动部221具有凹凸面以增加摩擦。
具体地，拨动部221沿周向均匀分布。
如图5所示，流入部1的结构包括流入通道14，流入通道14的入口端为入流口11，出口端位于一入流凹槽12上，入流凹槽12内设有硅胶垫和PDMS薄膜，光圈装置2位于PDMS薄膜的下游侧；还包括连接部一15。
如图6所示，流出部3的结构包括流出通道33，流出通道33的出口端为出流口31，入口端位于一与入流凹槽12对应的出流凹槽32上，其可供要用于密封的硬质物层、硅胶垫等的填充，出流凹槽32表面上设有一变形腔室34，其与流出通道33的入口端连通；还包括与连接部一15配合的连接部二35。
流入部1、流出部3通过连接部一15、连接部二35连接整体，同时将光圈装置2夹紧固定于流入部1和流出部3之间。
具体地，如图5和图6所示，连接部一15对称设于流入部1两侧，连接部二35对称设于流出部3的两侧，连接部一15、连接部二35均设有螺栓孔。
本实施例的光圈式微流控流量调节器在工作过程中，液体从入流口11进入入流通道14，从出口端流至入流凹槽12内，经设于其内的PDMS薄膜上的变形小孔，再经过光圈装置2的过流通道，流入变形腔室34内，并引流至流出通道33从出流口31流出，该过程中，通过拨动部221拨动调节环22，使其上的导向槽22带动叶片251上的连接销252同步旋动，使叶片251绕下壳24上的定位销242旋转，使叶片251边旋转边沿径向运动，从而实现叶片组件25整体在径向方向的开合运动，以达到调节过流通道孔径的目的，实现流量的连续性微调。
本实施例的光圈式微流控流量调节器的制造可采用3D打印塑性成形方法，制作流入部1、光圈装置2、流出部3。装配时，将光圈装置2放置于流入部1与流出部3之间，并将上壳21置于靠近流入部1的一侧，便于PDMS薄膜更好地贴合光圈装置2，利用硅胶垫和硬质物的填充到出流凹槽32进行密封，将流入部1的连接部一15上的螺栓孔与流出部3上的连接部二35上的螺栓孔对齐，并由螺钉螺母进行机械固连，由此构成完整通路的光圈微流控流量调节器。

Claims (10)

1.一种光圈式微流控流量调节器，包括流入部(1)和流出部(3)，其特征在于，在所述流入部(1)和流出部(3)之间设有光圈装置(2)，所述光圈装置(2)包括由多个叶片(251)构成的可调式叶片组件(25)，所述叶片组件(25)由调节件驱动旋转，整体沿径向做开合式运动，从而形成孔径变化的过流通道；流体从所述流入部(1)进入，流经所述孔径变化的过流通道，经流出部(3)流出，以达到控制液体流量的目的。
2.根据权利要求1所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，所述光圈装置(2)还包括壳体，所述壳体固设于所述流入部(1)和流出部(3)之间，所述壳体中部设有通孔，所述壳体内设有容纳所述调节件和叶片组件(25)的空间，每个所述叶片(251)的一端设有与所述壳体转动连接的转动点，在所述空间内，所述调节件沿周向转动时，带动多个叶片(251)分别绕各自的转动点旋转，向靠近或远离所述通孔中心的方向运动，从而实现叶片组件(25)整体沿径向做开合式运动；
当叶片组件(25)沿径向完全张开后，在所述壳体中部形成的所述过流通道的孔径最大，且小于等于所述通孔内径，当叶片组件(25)沿径向完全闭合后，在所述壳体中部形成的所述过流通道的孔径为零，即完全将所述通孔封闭。
3.根据权利要求2所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，所述调节件包括一调节环(22)，所述调节环(22)上设有第一连接部，每个叶片(251)的中部设有与所述第一连接部对应连接的第二连接部，当调节环(22)转动时，所述第一连接部带动所述第二连接部，沿所述第一连接部的移动路径进行移动，从而实现所述叶片(251)绕所述转动点旋转。
4.根据权利要求3所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，所述第一连接部为设置在调节环(22)上的多个导向槽(222)，所述第二连接部为设置在叶片(251)上的连接销(252)，每个导向槽(222)上设有容纳所述连接销(252)的槽道，当调节环(22)转动时，所述导向槽(222)带动所述连接销(252)，沿所述槽道的移动路径进行移动，从而实现所述叶片(251)绕所述转动点旋转。
5.根据权利要求4所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，构成所述叶片组件(25)的多个叶片(251)沿周向均匀排布，每个叶片(251)沿相同的角度延伸，相邻两叶片(251)之间部分重叠并构成相同的夹角，使叶片组件(25)径向开合运动过程中，叶片(251)之间没有缝隙；对应地，多个导向槽(222)也沿圆周方向均匀分布。
6.根据权利要求3所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，所述调节环(22)的圆周边缘设有拨动部(221)，所述壳体上设有供所述拨动部(221)沿周向转动的槽孔(23)。
7.根据权利要求6所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，所述壳体包括上壳(21)和下壳(24)，所述下壳(24)的圆周边缘设有边槽(241)，所述上壳(21)和下壳(24)扣合后，所述上壳(21)和所述边槽(241)之间形成所述槽孔(23)。
8.根据权利要求2所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，所述转动点为设置在所述叶片(251)的一端的销孔，所述壳体内沿圆周方向均匀设有多个与多个叶片(251)的销孔一一对应、转动连接的定位销(242)。
9.根据权利要求1所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，所述流入部(1)的结构包括流入通道(14)，所述流入通道(14)的入口端为入流口(11)，出口端位于一入流凹槽(12)上，所述入流凹槽(12)内设有硅胶垫和PDMS薄膜，所述光圈装置(2)位于PDMS薄膜的下游侧；还包括连接部一(15)。
10.根据权利要求9所述的光圈式微流控流量调节器，其特征在于，所述流出部(3)的结构包括流出通道(33)，所述流出通道(33)的出口端为出流口(31)，入口端位于一与所述入流凹槽(12)对应的出流凹槽(32)上，其用于填充硬质物，出流凹槽(32)表面上设有一变形腔室(34)，其与所述流出通道(33)的入口端连通；还包括与所述连接部一(15)配合的连接部二(35)。
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