CN112324931A - 一种微流控多档位流量调节器 - Google Patents

一种微流控多档位流量调节器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微流控多档位流量调节器，包括入流部、和入流部连通的出流部，在出流部的出流端设置有流量调节阀，流量调节阀包括固定挡板部，固定挡板部与调节挡板部转动式连接，固定挡板部具有一出流面，其上设有与出流端相连通的固定孔，调节挡板部具有一与出流面对应贴合且可相对转动的入流面，入流面上设有多个过流面积不同的镂空部，当入流面相对于出流面转动时，各镂空部使固定孔的孔口被覆盖住不同的面积，从而实现固定孔过流面积的多级调节，达到流量多级调节的目的。本发明的微流控多档位流量调节器，采用流量调节阀实现多档位量化调节，通过改变流体流出通道的面积，以达到控制输出流量的目的。

Description

一种微流控多档位流量调节器
技术领域
本发明涉及流量调节器技术领域，尤其是一种微流控多档位流量调节器。
背景技术
微阀是微流控装置中关键的组成部分，其一般需要通过一定的外加驱动力或者流体流动时本身的作用力来达到调节流量的目的。微阀常常将弹性高分子材料薄膜(聚二甲基硅氧烷 PDMS)作为微流道的壁面或者是将弹性薄膜设置在主流道内部，以此在弹性薄膜的两侧产生压差驱动薄膜变形达到调控主流道流量的作用，结构简便且成本低廉。
传统的微流控流量调节器体积较小，结构较为复杂，通常采用手动改变作为外加驱动的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，因而存在调节的稳定性低、量化性差等缺点。
发明内容
本发明的微流控多档位流量调节器，在传统流量调节器基础上设置流量调节阀，通过改变液体出口的截面面积，配合PDMS薄膜变形双重控制达到多档位调节流量的效果，实现多档位量化调节，从而提高操作的稳定性和调节精度。
本发明采用如下技术方案：
一种微流控多档位流量调节器，包括入流部、和所述入流部连通的出流部，在所述出流部的出流端设置有流量调节阀，所述流量调节阀包括固定挡板部，所述固定挡板部与调节挡板部转动式连接，所述固定挡板部具有一出流面，其上设有与所述出流端相连通的固定孔，所述调节挡板部具有一与所述出流面对应贴合且可相对转动的入流面，所述入流面上设有多个过流面积不同的镂空部，当入流面相对于所述出流面转动时，各镂空部使所述固定孔的孔口被覆盖住不同的面积，从而实现所述固定孔过流面积的多级调节，达到流量多级调节的目的。
多个镂空部的过流面积依次递增或递减。
过流面积最大的镂空部的面积小于等于所述固定孔的面积。
所述出流面、入流面为面积相等的圆面，所述固定孔为面积占圆面面积1/N的扇形孔，对应地，所述镂空部也呈扇形结构，在所述入流面上沿周向均匀分布成N份，N≥2。
入流面上还设有实心部，所述实心部和多个镂空部，在所述入流面上沿周向均匀分布成 N份；当入流面相对于所述出流面转动至所述实心部将所述固定孔的孔口被覆盖住时，所述固定孔的过流面积为零，即此时流量为零。
每个镂空部的结构包括位于所述入流面上开设的若干镂空孔，各镂空部的镂空孔沿圆周方向间隔分布。
所述出流面中部设有定位小孔；所述出流面圆周边缘一圈沿轴向延伸有与所述出流部的出流端相配合连接的出流挡板。
所述入流面的中部设有与所述定位小孔连接的定位柱；所述入流面圆周边缘一圈沿轴向延伸有与所述出流挡板配合相对转动的入流挡板。
所述入流挡板的外侧表面上设有使入流挡板相对于所述出流挡板旋转的拨动部。
所述入流部的结构包括流入通道，所述流入通道的入口端为入流口，出口端位于一用于放置硅胶垫和PDMS薄膜的入流凹槽上；所述出流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、用于填充硬质物的出流凹槽上，所述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。
本技术方案具有如下有益效果：
本发明的微流控多档位流量调节器，采用流量调节阀进行多档位量化调节，通过改变流体流出通道的面积，以达到控制输出流量的目的。
本发明设置多个调节档位(镂空部)，当调节挡板部的入流面相对于固定挡板部的出流面转动时，各镂空部使所述固定孔的孔口被覆盖住不同的面积，以调节所述固定孔的过流面积，从而提高操作的稳定性和调节精度。
本发明流量调节器的输出流量大小及其可调节范围，由PDMS薄膜孔径以及出口端的流量调节阀的孔径变化范围决定，流量调节器设置于出流部出口端，不占用入流部和出流部的内部空间，不影响PDMS薄膜孔径自动调节的功能，安装结构稳定，提高了调节器工作的可靠性，同时适用于多种流量调控场合使用，提高了微流控器件的便捷性和实用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2为本发明的爆炸图。
图3为本发明固定挡板部的结构示意图。
图4为本发明的调节挡板部的结构示意图。
图中：1、入流部；3、出流部；4、固定挡板部；5、调节挡板部；11、入流口；12、入流凹槽；13、连接孔；14、流入通道；31、出流口；32、出流凹槽；33、连接销；34、变形腔室； 35、流出通道；41、出流面；42、出流挡板；43、固定孔；44、定位小孔；51、入流面；52、入流挡板；53、拨动部；54、第三镂空小孔；55、实心部；56、第一镂空小孔；57、第二镂空小孔；58、定位柱；59、第四镂空小孔。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例的微流控多档位流量调节器，包括入流部1、和入流部1连通的出流部3，在出流部3的出流端设置有流量调节阀，流量调节阀包括固定挡板部4，固定挡板部4与调节挡板部5转动式连接；
如图3和图4所示，固定挡板部4具有一出流面41，其上设有与出流端相连通的固定孔 43，调节挡板部5具有一与出流面41对应贴合且可相对转动的入流面51，入流面51上设有多个过流面积不同的镂空部，当入流面51相对于出流面41转动时，各镂空部使固定孔43的孔口被覆盖住不同的面积，从而实现固定孔43过流面积的多级调节，达到流量多级调节的目的。
多个镂空部的过流面积依次递增或递减。
过流面积最大的镂空部的面积小于等于固定孔43的面积。
出流面41、入流面51为面积相等的圆面，固定孔43为面积占圆面面积1/N的扇形孔，对应地，镂空部也呈扇形结构，在入流面51上沿周向均匀分布成N份，N≥2。
入流面51上还设有实心部55，实心部55和多个镂空部，在入流面51上沿周向均匀分布成N份；当入流面51相对于出流面41转动至实心部55将固定孔43的孔口被覆盖住时，固定孔43的过流面积为零，即此时流量为零。
每个镂空部的结构包括位于入流面51上开设的若干镂空孔，各镂空部的镂空孔沿圆周方向间隔分布。
具体地，如图4所示，固定孔43为面积占圆面面积1/5的扇形孔，对应地，实心部55和四个镂空部也呈扇形结构，在入流面51上沿周向均匀分布成5份，各镂空部具体可设置为：第一镂空部，第二镂空部、第三镂空部和第四镂空部，第一镂空部，第二镂空部、第三镂空部和第四镂空部上的镂空孔的结构分别设置为：一个第一镂空小孔56、两个第二镂空小孔57，四个第三镂空小孔54和八个第四镂空小孔59，且第一镂空小孔56、两个第二镂空小孔57，四个第三镂空小孔54、八个第四镂空小孔59分别在对应的扇形结构上均匀分布；第一镂空小孔56、第二镂空小孔57、第三镂空小孔54和第四镂空小孔59孔径依次减小，使得四个镂空部的过流面积依次减小。
出流面41中部设有定位小孔44；出流面41圆周边缘一圈沿轴向延伸有与出流部3的出流端相配合连接的出流挡板42。
入流面51的中部设有与定位小孔44连接的定位柱58；入流面51圆周边缘一圈沿轴向延伸有与出流挡板42配合相对转动的入流挡板52。
入流挡板52的外侧表面上设有使入流挡板52相对于出流挡板42旋转的拨动部53。
具体地，固定挡板部4、调节挡板部5均为一端开口的柱形壳体，两者相互扣合形成了流量调节阀，出流挡板42的外表面上设有外螺纹，入流挡板52的内表面上设有与外螺纹配合的内螺纹，使入流挡板52相对于出流挡板42转动时两者之间的位置保持稳定防止脱离，同事定位柱58穿入定位小孔44中，进一步提高固定挡板部4、调节挡板部5相对转动的稳定性。
入流部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，出口端位于一用于放置硅胶垫和PDMS薄膜的入流凹槽12上；出流部3的结构包括流出通道35，流出通道35的出口端为出流口31，入口端位于一与入流凹槽12对应、用于填充硬质物的出流凹槽32上，出流凹槽32表面上设有一变形腔室34，其与流出通道35的入口端连通。
本实施例的流量调节器的制造可采用3D打印塑性成形方法，制作入流部1、出流部3、固定挡板部4和调节挡板部5，其中一种连接方式为入流部1上设有连接孔13,出流部3上设有与连接孔13配合连接的连接销33。所述部件除密封硅胶圈采用硅胶材料、PDMS薄膜采用聚二甲基硅氧烷材料，其余均可采用3D打印树脂材料，此种材料材质较硬、稳定且成本较低，可以使整个结构保持稳定。
装配时，如图2所示，入流部1和出流部3通过连接孔13与连接销33连接成整体，依靠硅胶垫粘合形成密封，固定挡板部4通过入流挡板42套设于出流口31处，将调节挡板部 5通过出流挡板52套设于所述入流挡板42上。
本实施例的微流控多档位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，流入变形腔室34内，并引流至流出通道35从出流口31流出至流量调节阀。液体流经流量调节阀时，通过拨动部 53拨动调节挡板部5，使其相对于固定挡板部4转动，具体地，固定孔43的面积33.9mm2，角度72°，第一镂空小孔56半径最大，设为1.25mm，第二、第三和第四镂空小孔的半径依次减半，镂空部和实心部55对应角度均为72°，四个镂空部和一个实心部55构成了五档调节的流量调节结构。如图3和图4所示，当第一个镂空部转动至固定孔43时将其覆盖，此时的过流面积为第一镂空小孔56所对应的过流面积，对应为第一档调节，同理，第二个镂空部、第三个镂空部、第四个镂空部依次至固定孔43时将其覆盖，分别对应为第二档、第三档和第四档流量调节，而当实心部55转动至固定孔43时，将其完全覆盖，实现流量为0的“零档调节”。
本发明的微流控多档位流量调节器，根据实际需要，可设置多档位调节，操作方便，调节操作稳定，可靠性高，适用于多种流量调节场所的应用。

Claims (10)

1.一种微流控多档位流量调节器，包括入流部(1)、和所述入流部(1)连通的出流部(3)，其特征在于，在所述出流部(3)的出流端设置有流量调节阀，所述流量调节阀包括固定挡板部(4)，所述固定挡板部(4)与调节挡板部(5)转动式连接，所述固定挡板部(4)具有一出流面(41)，其上设有与所述出流端相连通的固定孔(43)，所述调节挡板部(5)具有一与所述出流面(41)对应贴合且可相对转动的入流面(51)，所述入流面(51)上设有多个过流面积不同的镂空部，当入流面(51)相对于所述出流面(41)转动时，各镂空部使所述固定孔(43)的孔口被覆盖住不同的面积，从而实现所述固定孔(43)过流面积的多级调节，达到流量多级调节的目的。
2.根据权利要求1所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，多个镂空部的过流面积依次递增或递减。
3.根据权利要求1所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，过流面积最大的镂空部的面积小于等于所述固定孔(43)的面积。
4.根据权利要求1所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，所述出流面(41)、入流面(51)为面积相等的圆面，所述固定孔(43)为面积占圆面面积1/N的扇形孔，对应地，所述镂空部也呈扇形结构，在所述入流面(51)上沿周向均匀分布成N份，N≥2。
5.根据权利要求4所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，入流面(51)上还设有实心部(55)，所述实心部(55)和多个镂空部，在所述入流面(51)上沿周向均匀分布成N份；当入流面(51)相对于所述出流面(41)转动至所述实心部(55)将所述固定孔(43)的孔口被覆盖住时，所述固定孔(43)的过流面积为零，即此时流量为零。
6.根据权利要求4或5所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，每个镂空部的结构包括位于所述入流面(51)上开设的若干镂空孔，各镂空部的镂空孔沿圆周方向间隔分布。
7.根据权利要求1所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，所述出流面(41)中部设有定位小孔(44)；所述出流面(41)圆周边缘一圈沿轴向延伸有与所述出流部(3)的出流端相配合连接的出流挡板(42)。
8.根据权利要求7所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，所述入流面(51)的中部设有与所述定位小孔(44)连接的定位柱(58)；所述入流面(51)圆周边缘一圈沿轴向延伸有与所述出流挡板(42)配合相对转动的入流挡板(52)。
9.根据权利要求8所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，所述入流挡板(52)的外侧表面上设有使入流挡板(52)相对于所述出流挡板(42)旋转的拨动部(53)。
10.根据权利要求1所述的微流控多档位流量调节器，其特征在于，所述入流部(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)，出口端位于一用于放置硅胶垫和PDMS薄膜的入流凹槽(12)上；所述出流部(3)的结构包括流出通道(35)，所述流出通道(35)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、用于填充硬质物的出流凹槽(32)上，所述出流凹槽(32)表面上设有一变形腔室(34)，其与所述流出通道(35)的入口端连通。
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