專利名稱：微小型高壓流體控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密儀器領(lǐng)域，特別涉及一種微小型高壓流體控制閥。
背景技術(shù)：
流體控制閥是用于對流體流動狀態(tài)(壓力、流量、截止/導(dǎo)通)進(jìn)行控制的機(jī)械裝置。通常分為手動控制閥和自動控制閥。在各種氣、液壓系統(tǒng)，例如化工、生物、環(huán)境、醫(yī)藥、微小型衛(wèi)星以及許多工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
微流量控制系統(tǒng)是微型機(jī)械/微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域的一個(gè)活躍的研究分支，主要用于控制和驅(qū)動納升到微升范圍的流體。例如利用微型化學(xué)分析儀器，可以使一個(gè)典型的聚合鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放大過程耗時(shí)從數(shù)個(gè)小時(shí)減小到數(shù)分鐘完成；可以使昂貴的催化劑和生物媒介用量減少到最低限度，降低每次實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用。微型閥是微流量系統(tǒng)的關(guān)鍵控制部件之一，幾乎是所有的微流量系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，它的性能直接影響著整個(gè)微流量系統(tǒng)的工作狀態(tài)。迄今工業(yè)用控制閥有節(jié)流閥，減壓閥，調(diào)速閥等。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不適合微小型化。
另一方面，采用硅微細(xì)加工的微型閥可以有效的減小死區(qū)流量，提高控制精度，但是目前完全基于硅微細(xì)加工的微型閥存在著可控壓力小，泄漏大，頻響低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微小型高壓流體控制閥，其特征在于所述以外置致動器作為活動閥堵軸向運(yùn)動的主驅(qū)動元件，中間連接件位于致動器和閥座之間將三者相連接，并起閥堵導(dǎo)向作用，閥座上分別開有流道槽，出入口，入口位于閥座中心，出口布置在以入口為中心的左右兩邊，其對稱的布置有利于減小流體系統(tǒng)的振動；在閥座與中間連接件之間置一彈性薄膜，彈性薄膜被壓緊在閥座與中間連接件之間的接觸面上，保證閥的密封性能；活動閥堵置放于中間連接件中心的閥堵導(dǎo)向孔中，并以該孔為導(dǎo)向，沿軸向運(yùn)動，閥堵的下表面與彈性薄膜相接觸，并與閥座上的入口對準(zhǔn)，致動器給閥堵提供預(yù)緊力和開關(guān)的動作，通過可動閥堵使彈性薄膜變形，開啟或封閉流體的進(jìn)出口，從而實(shí)現(xiàn)閥控功能。
所述閥堵為球形閥堵或倒方錐形閥堵或倒圓錐形閥堵。
所述中間連接件中心的閥堵導(dǎo)向孔的形狀與閥堵的形狀相配合。
所述流體出入口形狀為圓孔或是錐孔。
所述致動器可為采用電磁、壓電、靜電等不同原理的微小型致動器，其中內(nèi)置機(jī)械彈簧提供閥堵的預(yù)緊力，致動力與預(yù)緊力方向相反提供閥的開關(guān)動作。
本發(fā)明的有益效果為1.該閥可與外置致動器配合，用于實(shí)現(xiàn)對高壓流體高精度、高頻響、低泄漏的控制。2.根據(jù)致動器提供的致動力和對閥堵與薄膜層的預(yù)緊力形式，可得到常開或常閉二種控制閥。3.該閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以用較小的致動力控制高壓流體，而且加工工藝與精密加工和硅微細(xì)加工工藝兼容，容易減小死區(qū)流量，實(shí)現(xiàn)微小流量達(dá)到納升到微升范圍的精確控制。


圖1為精密加工的高壓流體控制閥結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為硅微細(xì)加工的高壓流體控制閥結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為機(jī)械精密加工電磁致動的高壓流體控制閥結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
圖1所示是采用機(jī)械精密加工的高壓流體控制閥結(jié)構(gòu)示意圖，中間連接件2分別與致動器1與閥座5相連接。座5上分別開有流道槽9及出口6、入口7，入口7位于閥座5中心，出口6布置在以入口7為中心的左右兩邊，其對稱的布置有利于減小流體系統(tǒng)的振動。彈性薄膜4置于閥座5與中間連接件2之間，彈性薄膜4被壓緊在閥座5與中間連接件2之間的接觸面上，保證閥的密封性能?；顒娱y堵3置放于中間連接件2中心的閥堵導(dǎo)向孔8中，并以該孔為導(dǎo)向，在外置致動器1的驅(qū)動下，沿導(dǎo)向孔8軸向運(yùn)動；閥堵3的下表面與彈性薄膜4相接觸，并與閥座5上的入口7對準(zhǔn)。致動器1在通常狀況下以預(yù)緊力下壓可動閥堵3，閥堵3緊壓彈性薄膜4使之變形，從而使閥處于關(guān)斷狀態(tài)，即是常閉控制閥。工作時(shí)，致動器產(chǎn)生致動力，抵消預(yù)緊力，使閥堵可以上下自由運(yùn)動，此時(shí)通過彈性薄膜4的恢復(fù)變形力與流體的壓力使閥堵3向上運(yùn)動，打開控制閥。
圖2所示為采用硅微細(xì)工藝加工制成的高壓流體控制閥結(jié)構(gòu)示意圖。該閥座優(yōu)點(diǎn)在于1).可以降低流體系統(tǒng)的死區(qū)流量。2).可以提高微流體系統(tǒng)的控制精度。其總體結(jié)構(gòu)和圖1所示一樣，只是其閥堵3形狀為倒方錐或倒圓錐，小頭朝下與中間連接件2中央的相應(yīng)錐導(dǎo)向孔8配合，在致動器1作用力下作軸向上下運(yùn)動；出入口形狀由加工工藝決定，當(dāng)采用體硅加工時(shí)，變成錐孔形。
圖3所示是采用電磁致動的微小型高壓流體控制閥結(jié)構(gòu)示意圖。為常閉型，是本發(fā)明的一個(gè)使用范例。本高壓流體控制閥以電磁閥作為外置致動器1，作閥堵3軸向運(yùn)動的主驅(qū)動元件。閥體為上述圖1和圖2所示兩種相似結(jié)構(gòu)的微小型高壓流體控制閥，在致動器1所加的預(yù)緊力方向不同的情況下而成為常開型和常閉型；致動器1在通常狀況下用預(yù)緊彈簧13壓緊銜鐵10，銜鐵10壓緊可動閥堵3，閥堵3通過緊壓彈性薄膜4使之變形，從而使閥處于關(guān)斷狀態(tài)。即為常閉型高壓流體控制閥。工作時(shí)，致動器1通電，產(chǎn)生致動力F，抵消彈簧13的預(yù)緊力，吸合銜鐵10使閥堵3可以上下自由運(yùn)動，此時(shí)通過彈性薄膜4的恢復(fù)變形力與流體的壓力使閥堵3向上運(yùn)動，打開控制閥。
權(quán)利要求
1.一種微小型高壓流體控制閥，由致動器和閥體組成，其特征在于所述閥體以中間連接件分別與致動器和閥座相連接，閥座上分別開有流道槽，出入口；入口位于閥座中心，出口布置在以入口為中心的左右兩邊，其對稱的布置有利于減小流體系統(tǒng)的振動；彈性薄膜置于上述閥座與中間連接件之間，彈性薄膜被壓緊在閥座與中間連接件之間的接觸面上，保證閥的密封性能；閥堵自由置放于中間連接件中央的閥堵導(dǎo)向孔中，以外置致動器作為閥堵軸向運(yùn)動的主驅(qū)動元件，并以該孔為導(dǎo)向，沿軸向運(yùn)動；閥堵的下表面與彈性薄膜相接觸，并與閥座上的入口對準(zhǔn)，致動器給閥堵提供開關(guān)的動力，通過可動閥堵使彈性薄膜變形，開啟或封閉流體的出入口，從而實(shí)現(xiàn)閥控功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微小型高壓流體控制閥，其特征在于所述閥堵為球形閥堵或倒方錐形閥堵或倒圓錐形閥堵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述微小型高壓流體控制閥，其特征在于所述中間連接件中心的閥堵導(dǎo)向孔的形狀與閥堵形狀相配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述微小型高壓流體控制閥，其特征在于所述流體出入口形狀為圓孔或是錐孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述微小型高壓流體控制閥，其特征在于所述致動器可采用電磁、壓電、靜電等不同原理的微小型致動器，其中內(nèi)置機(jī)械彈簧提供閥堵的預(yù)緊力，致動力與預(yù)緊力方向相反提供閥的開關(guān)動作。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于精密儀器的一種微小型高壓流體控制閥。該閥主要由中間連接件分別連接致動器和閥座，彈性薄膜裝在中間連接件和閥座之間，活動閥堵在中間連接件中央的導(dǎo)向孔內(nèi)壓在彈簧膜上面，彈性膜將致動部分和流體通道部分隔開，并作為裝配密封件。致動器提供閥開關(guān)的動力，通過可動閥堵使彈性薄膜變形，開啟或封閉流體的出入口，從而實(shí)現(xiàn)閥控功能。根據(jù)致動器提供的致動力和對閥堵與薄膜層的預(yù)緊形式，可得到常開或常閉二種控制閥。該閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以較小的致動力控制高壓流體，而且閥座部分結(jié)構(gòu)特征為片層，與硅微細(xì)加工工藝兼容。其閥座可以有效的減小死區(qū)流量，提高控制精度，主要用于微型化學(xué)分析儀器，實(shí)現(xiàn)微小流量達(dá)到納升到微升范圍的精確控制。
文檔編號F16K31/02GK1424524SQ0215950
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者李勇, 范瑞麗, 陳旭鵬, 周兆英 申請人:清華大學(xué)