CN1173123C - 微小型高压流体控制阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于精密仪器的一种微小型高压流体控制阀。该阀主要由中间连接件分别连接致动器和阀座，弹性薄膜装在中间连接件和阀座之间，活动阀堵在中间连接件中央的导向孔内压在弹簧膜上面，弹性膜将致动部分和流体通道部分隔开，并作为装配密封件。致动器提供阀开关的动力，通过可动阀堵使弹性薄膜变形，开启或封闭流体的出入口，从而实现阀控功能。根据致动器提供的致动力和对阀堵与薄膜层的预紧形式，可得到常开或常闭二种控制阀。该阀结构设计可以较小的致动力控制高压流体，而且阀座部分结构特征为片层，与硅微细加工工艺兼容。其阀座可以有效的减小死区流量，提高控制精度，主要用于微型化学分析仪器，实现微小流量达到纳升到微升范围的精确控制。
Description
技术领域
本发明属于精密仪器领域，特别涉及一种微小型高压流体控制阀。
背景技术
流体控制阀是用于对流体流动状态(压力、流量、截止/导通)进行控制的机械装置。通常分为手动控制阀和自动控制阀。在各种气、液压系统，例如化工、生物、环境、医药、微小型卫星以及许多工业领域有着广泛的应用。
微流量控制系统是微型机械/微型机电系统(MEMS)领域的一个活跃的研究分支，主要用于控制和驱动纳升到微升范围的流体。例如利用微型化学分析仪器，可以使一个典型的聚合链式反应放大过程耗时从数个小时减小到数分钟完成；可以使昂贵的催化剂和生物媒介用量减少到最低限度，降低每次实验的费用。微型阀是微流量系统的关键控制部件之一，几乎是所有的微流量系统中不可缺少的重要组成部分，它的性能直接影响着整个微流量系统的工作状态。迄今工业用控制阀有节流阀，减压阀，调速阀等。由于其结构复杂，所以不适合微小型化。
另一方面，采用硅微细加工的微型阀可以有效的减小死区流量，提高控制精度，但是目前完全基于硅微细加工的微型阀存在着可控压力小，泄漏大，频响低等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种微小型高压流体控制阀，其特征在于：所述以外置致动器作为活动阀堵轴向运动的主驱动元件，中间连接件位于致动器和阀座之间将三者相连接，并起阀堵导向作用，阀座上分别开有流道槽，出入口，入口位于阀座中心，出口布置在以入口为中心的左右两边，其对称的布置有利于减小流体系统的振动；在阀座与中间连接件之间置一弹性薄膜，弹性薄膜被压紧在阀座与中间连接件之间的接触面上，保证阀的密封性能；活动阀堵置放于中间连接件中心的阀堵导向孔中，并以该孔为导向，沿轴向运动，阀堵的下表面与弹性薄膜相接触，并与阀座上的入口对准，致动器给阀堵提供预紧力和开关的动作，通过可动阀堵使弹性薄膜变形，开启或封闭流体的进出口，从而实现阀控功能。
所述阀堵为球形阀堵或倒方锥形阀堵或倒圆锥形阀堵。
所述中间连接件中心的阀堵导向孔的形状与阀堵的形状相配合。
所述流体出入口形状为圆孔或是锥孔。
所述致动器可为采用电磁、压电、静电等不同原理的微小型致动器，其中内置机械弹簧提供阀堵的预紧力，致动力与预紧力方向相反提供阀的开关动作。
本发明的有益效果为1.该阀可与外置致动器配合，用于实现对高压流体高精度、高频响、低泄漏的控制。2.根据致动器提供的致动力和对阀堵与薄膜层的预紧力形式，可得到常开或常闭二种控制阀。3.该阀结构设计可以用较小的致动力控制高压流体，而且加工工艺与精密加工和硅微细加工工艺兼容，容易减小死区流量，实现微小流量达到纳升到微升范围的精确控制。
附图说明：
图1为精密加工的高压流体控制阀结构示意图。
图2为硅微细加工的高压流体控制阀结构示意图。
图3为机械精密加工电磁致动的高压流体控制阀结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细介绍本发明的内容。
图1所示是采用机械精密加工的高压流体控制阀结构示意图，中间连接件2分别与致动器1与阀座5相连接。座5上分别开有流道槽9及出口6、入口7，入口7位于阀座5中心，出口6布置在以入口7为中心的左右两边，其对称的布置有利于减小流体系统的振动。弹性薄膜4置于阀座5与中间连接件2之间，弹性薄膜4被压紧在阀座5与中间连接件2之间的接触面上，保证阀的密封性能。活动阀堵3置放于中间连接件2中心的阀堵导向孔8中，并以该孔为导向，在外置致动器1的驱动下，沿导向孔8轴向运动；阀堵3的下表面与弹性薄膜4相接触，并与阀座5上的入口7对准。致动器1在通常状况下以预紧力下压可动阀堵3，阀堵3紧压弹性薄膜4使之变形，从而使阀处于关断状态，即是常闭控制阀。工作时，致动器产生致动力，抵消预紧力，使阀堵可以上下自由运动，此时通过弹性薄膜4的恢复变形力与流体的压力使阀堵3向上运动，打开控制阀。
图2所示为采用硅微细工艺加工制成的高压流体控制阀结构示意图。该阀座优点在于：1).可以降低流体系统的死区流量。2).可以提高微流体系统的控制精度。其总体结构和图1所示一样，只是其阀堵3形状为倒方锥或倒圆锥，小头朝下与中间连接件2中央的相应锥导向孔8配合，在致动器1作用力下作轴向上下运动；出入口形状由加工工艺决定，当采用体硅加工时，变成锥孔形。
图3所示是采用电磁致动的微小型高压流体控制阀结构示意图。为常闭型，是本发明的一个使用范例。本高压流体控制阀以电磁阀作为外置致动器1，作阀堵3轴向运动的主驱动元件。阀体为上述图1和图2所示两种相似结构的微小型高压流体控制阀，在致动器1所加的预紧力方向不同的情况下而成为常开型和常闭型；致动器1在通常状况下用预紧弹簧13压紧衔铁10，衔铁10压紧可动阀堵3，阀堵3通过紧压弹性薄膜4使之变形，从而使阀处于关断状态。即为常闭型高压流体控制阀。工作时，致动器1通电，产生致动力F，抵消弹簧13的预紧力，吸合衔铁10使阀堵3可以上下自由运动，此时通过弹性薄膜4的恢复变形力与流体的压力使阀堵3向上运动，打开控制阀。
Claims (5)
1.一种微小型高压流体控制阀，由致动器和阀体组成，其特征在于：所述阀体以中间连接件分别与致动器和阀座相连接，阀座上分别开有流道槽，出入口；入口位于阀座中心，出口布置在以入口为中心的左右两边，其对称的布置有利于减小流体系统的振动；弹性薄膜置于上述阀座与中间连接件之间，弹性薄膜被压紧在阀座与中间连接件之间的接触面上，保证阀的密封性能；阀堵自由置放于中间连接件中央的阀堵导向孔中，以外置致动器作为阀堵轴向运动的主驱动元件，并以该孔为导向，沿轴向运动；阀堵的下表面与弹性薄膜相接触，并与阀座上的入口对准，致动器给阀堵提供开关的动力，通过可动阀堵使弹性薄膜变形，开启或封闭流体的出入口，从而实现阀控功能。
2.根据权利要求1所述微小型高压流体控制阀，其特征在于：所述阀堵为球形阀堵或倒方锥形阀堵或倒圆锥形阀堵。
3.根据权利要求1所述微小型高压流体控制阀，其特征在于：所述中间连接件中心的阀堵导向孔的形状与阀堵形状相配合。
4.根据权利要求1所述微小型高压流体控制阀，其特征在于：所述流体出入口形状为圆孔或是锥孔。
5.根据权利要求1所述微小型高压流体控制阀，其特征在于：所述致动器可采用电磁、压电、静电等不同原理的微小型致动器，其中内置机械弹簧提供阀堵的预紧力，致动力与预紧力方向相反提供阀的开关动作。
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