專利名稱：一種精確溶液配比裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精確溶液配比裝置，尤其涉及一種釆用壓電泵、膜 片式容腔以及主動閥組成的溶液配比裝置，屬于精密流體控制技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
目前，用于精確溶液配比的裝置中，多釆用電機(jī)加活塞的方式進(jìn)行液體的吸取與排出。如專利"比例可變稀釋器"(200520028891.8 )中 采用兩個直線步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動大小活塞，實(shí)現(xiàn)溶劑稀釋液與樣液的吸 取與排出。若電機(jī)行程相同，活塞面積之比為稀釋液與樣液的體積之比； 另外可通過電機(jī)行程的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)液體的變比例稀釋。此種溶液配比裝置 一般包括2個單向閥(或電磁閥)、2個步進(jìn)電機(jī)(或l旋轉(zhuǎn)個電機(jī)+曲 柄連桿機(jī)構(gòu))、2個活塞及缸體、連接管路等部分，因此該裝置體積大、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)多，對加工制造水平要求高，不易保證其可靠性。另外, 儀器裝置的發(fā)展趨勢為小型化、集成化，釆用電機(jī)加活塞的方式無法滿 足儀器裝置小型化、高可靠性、高精度的發(fā)展要求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種新型的精確溶液配比裝置，以解決目前 已有溶液配比裝置存在的精度及分辨率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大等問題。 本發(fā)明釆取的技術(shù)方案是泵送稀釋液的壓電泵的輸出端與主動閥的進(jìn)口連接、該主動閥的出 口與泵送樣液的膜片式容腔的一端連接，電控單元與壓電泵、主動閥和 膜片式容腔相連接。釆用壓電泵作為稀釋劑的精確流體控制元件，代替 電機(jī)與活塞組成的稀釋劑注射器式流體控制元件；利用膜片式容腔進(jìn)行樣液的定量吸取，取代電機(jī)加活塞式吸取方式；壓電泵與膜片式容腔間 采用主動閩代替被動閥。本發(fā)明 一個實(shí)施方案中，壓電泵釆用單腔或多腔體結(jié)構(gòu)，并以串聯(lián)、 并聯(lián)或者混聯(lián)方式相連接。本發(fā)明一個實(shí)施方案中，膜片式容腔釆用單膜片或多膜片來構(gòu)造， 進(jìn)行容腔體積變化量的控制。膜片式容腔的膜片可采用壓電元件、電致 伸縮元件、磁致伸縮元件、電致聚合物或者電磁馬達(dá)。總的體積變化量 為各個振子形成的容腔體積變化量之和；其中壓電元件為圓形結(jié)構(gòu)，周 邊固支或簡支。本發(fā)明一個實(shí)施方案中，主動閥可釆用壓電驅(qū)動方式，利用壓電振 子變形控制閩口開度，進(jìn)而控制流體流動，或釆用電致伸縮材料、磁致 伸縮材料、電致聚合物或者電磁馬達(dá)。本發(fā)明一個實(shí)施方案中，壓電材料形成的驅(qū)動元件為圓形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明一個實(shí)施方案中，釆用常閉方式，在系統(tǒng)掉電的情況下為關(guān) 閉狀態(tài)。本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置由于釆用上述技術(shù)方案，不僅克服 了現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，并且具有以下優(yōu)點(diǎn)l、本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置釆用壓電泵作為稀釋劑的精確流體控制元件，代替電機(jī)與活塞組成稀釋劑注射器式流體控制元件，整 個裝置的泵送裝置結(jié)構(gòu)大為簡化，體積與重量大大減??；2、 本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置可釆用壓電式主動閥，利用壓 電振子的彎曲變形與閩口結(jié)合進(jìn)行流道打開與關(guān)閉控制，無機(jī)械摩擦、結(jié)構(gòu)簡單、其扁平結(jié)構(gòu)利于系統(tǒng)的小型化、集成化；3、 本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置利用壓電振子形狀變化形成容 腔容積變化進(jìn)行樣液的定量吸取，無機(jī)械摩擦，因而結(jié)構(gòu)簡單可靠、耐 久壽命長；利用壓電振子極高分辨率的彈性變形實(shí)現(xiàn)容腔體積的高精度控制，大大提高了樣液吸取量的控制精度。4、 本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置中泵、閥、吸液容腔均可釆用 壓電振子作為驅(qū)動元件，提高泵送精度的同時，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成； 所采用的壓電振子均為片式彎曲型壓電振子，采用層狀結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)三者 的集成化、 一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；可以通過控制壓電泵輸入電壓波形的個數(shù) 實(shí)現(xiàn)流體的精確泵送，控制波形個數(shù)的多少實(shí)現(xiàn)稀釋劑任意體積的泵 送，最大限度的提高了稀釋比例的可變范圍，亦可通過泵送時間的長短 進(jìn)行泵送量的控制。


圖la是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成原理框圖； 圖lb是本發(fā)明工作原理圖；圖2a是本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置操作過程示意圖，圖中為 吸取樣液；圖2b是本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置操作過程示意圖，圖中為將吸取的稀釋液泵入樣液的杯中；圖3是本發(fā)明單腔壓電泵結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明兩腔串聯(lián)壓電泵結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明兩腔并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明壓電式主動閥結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明電磁馬達(dá)驅(qū)動主動閥示意圖； 圖8是本發(fā)明單振子壓電式容腔結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本發(fā)明電磁馬達(dá)式容腔結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10是本發(fā)明兩振子壓電式容腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖ll是本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置單腔泵、壓電式主動閥、 單壓電振子容腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置兩腔串聯(lián)泵、壓電式主動 閥、單電磁馬達(dá)式容腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置兩腔并聯(lián)泵、電磁馬達(dá)驅(qū) 動主動閥、兩壓電振子容腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置集成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1，泵送稀釋液的壓電泵5的輸出端與主動閥4的進(jìn)口連接、 該主動閥的出口與泵送樣液的膜片式容腔3的一端連接，電控單元與該 壓電泵、主動閥和膜片式容腔相連接。膜片式容腔3在電控信號的作用下容腔體積發(fā)生變化，通過吸針2實(shí)現(xiàn)樣液的吸??；主動閩4的作用是切斷壓電式容腔3的入口端，防止膜片式容腔3工作時稀釋劑6經(jīng)壓電泵5、主動閥4進(jìn)入膜片式容腔3; 壓電泵5將稀釋劑6經(jīng)主動閥4、膜片式容腔3、吸針2泵出，將吸針2 吸入的樣液沖入混合容器中進(jìn)行稀釋；電控單元1接受輸入控制指令， 對精確溶液配比裝置進(jìn)行驅(qū)動與控制。參照圖2，本發(fā)明精確溶液配比裝置稀釋過程可分為a、b兩個步驟。 步驟a為吸取樣液過程，主動閥4關(guān)閉，膜片式容腔3在控制器1輸出 的控制信號作用下，容腔體積增大，形成負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)樣液7的吸??；步 驟b為稀釋過程，主動閥4開啟，壓電泵5在控制器1的輸出信號控制 下開始工作，根據(jù)設(shè)定的控制波形個數(shù)的多少或者泵送時間的長短進(jìn)行 稀釋劑6泵出量的控制，稀釋劑6將吸針內(nèi)的樣液7沖入盛裝混合液8 的容器，完成溶液的稀釋過程。參照圖3，壓電振子503與單向閥502a、單向閥502b、泵體504 形成單腔體壓電泵，液體由入口501進(jìn)入、由出口 505泵出。參照圖4，壓電振子503，a與單向閥502，a、單向閥502，b、泵體504' 形成單腔體壓電泵；壓電振子503，b與單向閥502，b、單向閥502，c、泵 體504，形成單腔體壓電泵。二者共用單向閥502，b，形成兩腔串聯(lián)壓電 泵。液體由入口 501，進(jìn)入、由出口 505，泵出。參照圖5,壓電振子503"a與單向閥502"a、單向閥502"b、泵體 504"形成單腔體壓電泵，壓電振子503"b與單向閥502"c、單向閥 502"d、泵體504"形成單腔體壓電泵；單向閥502"a與單向閥502"d入 口相連通，單向閥502"b與單向閥502"c出口相連通，形成兩腔并聯(lián)壓電泵。液體由入口 501"進(jìn)入、由出口 505"泵出。參照圖6，壓電振子402與閥口 403、閥體404配合形成壓電式主 動閥。該閥為常閉式主動閥，未施加控制信號或者斷電時該閥為關(guān)閉狀 態(tài)；施加控制信號時，壓電振子402彎曲，中心向上移動，此時該閥處 于打開狀態(tài)，液體在壓電泵5的作用下由入口 401流至出口 405。該閥 亦可為常開式，施加控制信號時，壓電振子402彎曲，中心向下移動， 此時該閥處于關(guān)閉狀態(tài)；未施加控制信號或者斷電時該閬為打開狀態(tài)， 液體在壓電泵5的作用下由入口 401流至出口 405。參照圖7，電磁馬達(dá)406控制閥口 403，的打開與關(guān)閉，401，和405， 分別為閥的入口與出口。參照圖8，壓電振子302與腔體303形成單振子壓電式容腔。壓電 振子302在控制信號作用下向上彎曲，容腔304的體積增大，形成負(fù)壓， 將樣液吸入容腔304。此時壓電式主動閥為關(guān)閉狀態(tài)，入口301關(guān)閉， 樣液經(jīng)通道305進(jìn)入容腔304,實(shí)現(xiàn)樣液的吸入。參照圖9，膜片307與腔體303，形成單膜片式容腔。電磁馬達(dá)306 在控制信號作用下帶動膜片307產(chǎn)生向上彎曲，容腔304'的體積增大， 形成負(fù)壓，將樣液吸入容腔304，。此時主動閥為關(guān)閉狀態(tài)，入口 301， 關(guān)閉，樣液經(jīng)通道305，進(jìn)入容腔304'，實(shí)現(xiàn)樣液的吸入。參照圖10,壓電振子302"a、壓電振子302"b與腔體304"形成兩 振子壓電式容腔。壓電振子302"a在控制信號作用下向下彎曲、壓電振 子302"b在控制信號作用下向上彎曲，容腔304"的體積增大，形成負(fù) 壓，將樣液吸入容腔304"。此時主動閥為關(guān)閉狀態(tài)，入口 301"關(guān)閉，樣液經(jīng)通道305"進(jìn)入容腔304"，實(shí)現(xiàn)樣液的吸入。實(shí)施例l其中壓電泵釆用單腔體結(jié)構(gòu)、膜片式容腔釆用單壓電振子 結(jié)構(gòu)、主動閥釆用壓電振子驅(qū)動式主動閥。參照圖11，單腔體壓電泵5a為本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝置的 泵送單元；單壓電振子容腔3a為樣液吸取單元；壓電式主動閥4a為中 間閩控單元；容腔3a出口與吸針2相連。實(shí)施例2其中壓電泵采用兩腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)、膜片式容腔采用電磁馬 達(dá)驅(qū)動式單膜片結(jié)構(gòu)、主動閥采用壓電振子驅(qū)動式主動閥。參照圖12,兩腔體串聯(lián)壓電泵5b為本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝 置的泵送單元；容腔3b為樣液吸取單元；壓電式主動閥4a為中間閥控 單元；單膜片容腔3b出口與吸針2相連。實(shí)施例3其中壓電泵釆用兩腔體并聯(lián)結(jié)構(gòu)、壓電式容腔釆用兩振子 結(jié)構(gòu)、主動閩采用電磁馬達(dá)驅(qū)動式主動閥。參照圖13,兩腔體串聯(lián)壓電泵5c為本發(fā)明壓電式精確溶液配比裝 置的泵送單元；兩振子容腔3c為樣液吸取單元；電磁馬達(dá)驅(qū)動式主動 閥4c為中間閥控單元；兩振子容腔3c出口與吸針2相連。實(shí)施例4其中壓電泵、壓電式主動閥、壓電式容腔釆用層疊型結(jié)構(gòu)， 形成集成式一體化結(jié)構(gòu)。參照圖14,兩腔體并聯(lián)壓電泵5d、壓電式主動閩4d、兩振子壓電 式容腔3d三部分釆用層疊型結(jié)構(gòu)集成在一起，所形成壓電式精確溶液 配比一體化裝置的入口 9與稀釋劑6相連通，出口 10與吸針2相連接。
權(quán)利要求
1、一種精確溶液配比裝置，其特征在于泵送稀釋液的壓電泵的輸出端與主動閥的進(jìn)口連接、該主動閥的出口與泵送樣液的膜片式容腔的一端連接，電控單元與壓電泵、主動閥和膜片式容腔相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確溶液配比裝置，其特征在于壓 電泵采用單腔或多腔體結(jié)構(gòu)，并以串聯(lián)、并聯(lián)或者混聯(lián)方式相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確溶液配比裝置，其特征在于膜 片式容腔釆用單膜片或多膜片來構(gòu)造。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的精確溶液配比裝置，其特征在于膜 片式容腔的膜片可釆用壓電元件、電致伸縮元件、磁致伸縮元件、電 致聚合物或者電磁馬達(dá)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的精確溶液配比裝置，其特征在于壓 電元件為圓形結(jié)構(gòu)，周邊固支或簡支。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確溶液配比裝置，其特征在于主 動閥可釆用壓電材料、電致伸縮材料、磁致伸縮材料、電致聚合物或 者電磁馬達(dá)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的精確溶液配比裝置，其特征在于壓 電材料形成的驅(qū)動元件為圓形結(jié)構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的精確溶液配比裝置，其特征在于采 用常閉方式，在系統(tǒng)掉電的情況下為關(guān)閉狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種精確溶液配比裝置，屬于溶液配比裝置。泵送稀釋液的壓電泵的輸出端與主動閥的進(jìn)口連接、該主動閥的出口與泵送樣液的膜片式容腔的一端連接，電控單元與壓電泵、主動閥和膜片式容腔相連接。優(yōu)點(diǎn)在于控制精度高、分辨率高、結(jié)構(gòu)簡單可靠、體積小且易于集成、稀釋比例可變范圍大。
文檔編號B01F15/04GK101244371SQ200810050550
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者孫曉峰, 楊志剛, 沈傳亮, 田豐君, 董景石, 閆世偉 申請人:楊志剛