專利名稱：一種高壓氣體脈沖閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種高壓氣體脈沖閥，具體涉及ー種可以在真空條件下脈沖噴氣的高壓氣體脈沖閥，可用于需要在真空條件下產(chǎn)生脈沖分子束、原子束或脈沖噴氣的地方，尤其適用于微觀化學(xué)領(lǐng)域，尤其是化學(xué)動(dòng)力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域分子束、原子束的產(chǎn)生。
背景技術(shù)：
化學(xué)動(dòng)力學(xué)是化學(xué)學(xué)科中的ー門重要的分支學(xué)科，其主要內(nèi)容是研究化學(xué)反應(yīng)的速率與反應(yīng)機(jī)理。1930年代以來，隨著分子結(jié)構(gòu)理論和光譜學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)了化學(xué)動(dòng)力學(xué)從宏觀到微觀的過度，形成了化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一個(gè)新的分支——微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是從分子層級(jí)探索化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，以實(shí)現(xiàn)控制化學(xué)反應(yīng)速率和選擇反應(yīng)通道的目的。微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不但是激光化學(xué)、燃燒化學(xué)、大氣化學(xué)、表面化學(xué)、化學(xué)激光等新興學(xué)科和 交叉學(xué)科的理論基礎(chǔ)之一，同時(shí)，微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展對(duì)這些學(xué)科的發(fā)展又具有重要的理論指導(dǎo)意義。分子束、原子束是微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的主要工具，而脈沖分子束、原子束的出現(xiàn)在很大程度上解決了微觀動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域有效保持高真空度的問題，尤其是在分子束、原子束與脈沖激光的交叉作用實(shí)驗(yàn)中，脈沖分子束、原子束更表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)，而產(chǎn)生分子束、原子束的關(guān)鍵設(shè)備是高壓氣體脈沖閥。在微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的發(fā)展中，用于產(chǎn)生分子束、原子束的高壓氣體脈沖閥的設(shè)計(jì)方案主要有兩種類型。ー種是利用電容放電引起金屬熱膨脹的原理制成，一般稱為電磁閥，這種脈沖閥需要有很強(qiáng)的脈沖電流，容易發(fā)熱，當(dāng)重復(fù)頻率高的時(shí)候需要有專門的冷卻系統(tǒng)，而且，響應(yīng)速度較慢，重復(fù)頻率較低，所以在微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究裝置中已很少使用。另ー種是采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的閥門，這種脈沖閥具有功率小，重復(fù)頻率高，無需冷卻等優(yōu)點(diǎn)，在很多微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究裝置中被用作分子束、原子束的發(fā)生源。
發(fā)明內(nèi)容為了提高氣體脈沖閥的可靠性、延長(zhǎng)使用壽命、降低制造成本并使其更加小型化的目的，本實(shí)用新型提供一種基于壓電陶瓷微伸縮驅(qū)動(dòng)的高壓氣體脈沖閥。該脈沖閥適用于在真空條件下產(chǎn)生分子束、原子束或脈沖噴氣，尤其適用于微觀化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域分子束、原子束的產(chǎn)生。本實(shí)用新型的技術(shù)方案本實(shí)用新型所述高壓氣體脈沖閥，由高壓氣室后蓋、高壓氣室主體、高壓氣室前蓋、柱塞組合和柱塞組合夾持盤同軸連接而成，內(nèi)部形成一密封的氣室，后蓋上設(shè)有高壓氣體進(jìn)氣孔和壓電陶瓷信號(hào)線接入孔；高壓氣室主體為空心腔體，柱塞組合夾持盤與高壓氣室主體的腔體相適配，并套裝在腔體內(nèi)并定位連接，柱塞組合夾持盤上設(shè)有連通氣室前后部分的固定螺紋孔，柱塞組合包括微調(diào)螺絲、壓電陶瓷棒和柱塞(鋁制)，柱塞組合夾持盤中部設(shè)有安裝孔，安裝孔的ー側(cè)配合微調(diào)螺絲，另ー側(cè)適配并套裝所述壓電陶瓷棒，所述微調(diào)螺絲與壓電陶瓷棒相抵，柱塞(鋁制)套于壓電陶瓷棒前端，柱塞(鋁制)前端套裝O型密封圈并與前蓋上的噴氣孔位置對(duì)應(yīng)。對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)在于該脈沖閥還設(shè)有柱塞組合夾持環(huán)，柱塞組合夾持環(huán)連接在柱塞組合夾持盤的ー側(cè)，并套于壓電陶瓷棒上。柱塞組合夾持環(huán)上設(shè)有固定與通氣孔，該固定與通氣孔配合柱塞組合夾持盤上的固定螺紋孔，連通氣室前后部分。柱塞組合夾持環(huán)與壓電陶瓷棒相連的一端設(shè)有倒角，所述倒角處設(shè)有0型橡膠密封圏。柱塞組合夾持盤前后設(shè)有凸臺(tái)，所述柱塞組合夾持盤的安裝孔也穿過前后的凸臺(tái)。高壓氣室主體與前蓋、后蓋的配合面分別設(shè)有密封圏。后蓋的高壓氣體進(jìn)氣孔處連接高壓氣體導(dǎo)入管，并在兩者配合面設(shè)有密封圏。后蓋的壓電陶瓷信號(hào)線接入孔處連接 有壓電陶瓷信號(hào)線接頭，并在二者的裝配面上設(shè)有密封圏。柱塞前端的0型密封圈與高壓氣室前蓋的內(nèi)表面相切配合。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型所述高壓氣體脈沖閥與目前比較流行的脈沖閥相比，不再采用特制的高成本壓電陶瓷盤作為高壓氣體脈沖閥的驅(qū)動(dòng)源，而是用普通壓電陶瓷棒為脈沖閥的驅(qū)動(dòng)源，不但能夠有效縮小高壓氣體脈沖閥的外形尺寸，還可以極大降低高壓氣體脈沖閥的成本，另外，因?yàn)閴弘娞沾砂艟哂薪Y(jié)實(shí)耐用、可伸縮幅度大的特點(diǎn)，可以因此増加脈沖閥的使用壽命，極大提高脈沖閥脈沖氣流量的可調(diào)節(jié)范圍。

圖I為本實(shí)用新型所述脈沖閥的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型所述脈沖閥裝配體的軸向剖面視圖。圖3為圖2中柱塞組合固定在柱塞組合夾持盤上的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖2中柱塞組合固定在柱塞組合夾持盤上的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖2中高壓氣室主體的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖2中高壓氣室主體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖2中聞壓氣室后蓋的立體結(jié)構(gòu)不意圖。圖8為圖2中高壓氣室后蓋的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I-高壓氣室后蓋，2-高壓氣室主體，3-高壓氣室前蓋，4-高壓氣體導(dǎo)入管，5-壓電陶瓷信號(hào)線接入頭，6-帶沉孔無螺紋通孔，7-1-(高壓氣體導(dǎo)入管)固定孔，7-2-(壓電陶瓷信號(hào)線接入頭)固定孔，7-3-(高壓氣室前蓋)固定孔，7-4-(柱塞組合夾持盤)固定孔，7-5-(柱塞組合夾持環(huán))固定與通氣孔，8-微調(diào)螺絲，9-柱塞組合夾持盤，10-壓電陶瓷棒，11-柱塞，12-柱塞組合夾持環(huán)，13-噴氣孔，14-固定螺紋孔，14-1-(高壓氣體導(dǎo)入管)固定螺紋孔，14-2-(高壓氣室后蓋)固定螺紋孔，14-3-(柱塞組合夾持盤)固定螺紋孔，14-4-(高壓氣室前蓋)固定螺紋孔，14-5-(壓電陶瓷信號(hào)線接入頭)固定螺紋孔，15-1-(高壓氣室后蓋)0形密封圈定位槽，15-2-(高壓氣室前蓋)0形密封圈定位槽，15-3-(高壓氣體導(dǎo)入管)0形圈定位槽，15-4-(壓電陶瓷信號(hào)線接入頭)0形圈定位槽，16-壓電陶瓷信號(hào)線接入ロ，17-高壓氣體進(jìn)氣孔，18-0形柱塞密封圏。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型所述高壓氣體脈沖閥進(jìn)行詳細(xì)說明。結(jié)合圖1，本實(shí)用新型所述脈沖閥是由高壓氣室后蓋I、高壓氣室主體2和高壓氣室前蓋3組成的外形呈圓柱狀的裝置，在高壓氣室后蓋I的外側(cè)面，固定有高壓氣體導(dǎo)入管
4和壓電陶瓷信號(hào)接入頭5。高壓氣體導(dǎo)入管4的一端設(shè)有圓臺(tái)，圓臺(tái)上設(shè)有三個(gè)(高壓氣體導(dǎo)入管)固定孔7-1，用于將高壓氣體導(dǎo)入管4用螺絲固定在高壓氣室后蓋外側(cè)；壓電陶瓷信號(hào)接入頭5上設(shè)有三個(gè)(壓電陶瓷信號(hào)接入頭)固定孔7-2，用于將壓電陶瓷信號(hào)接入 頭5用螺絲固定在高壓氣室后蓋I的外側(cè)，同時(shí)，在高壓氣室后蓋I的邊上還設(shè)有六個(gè)帶沉孔無螺紋通孔6，用于將高壓氣室后蓋I用螺絲與高壓氣室主體I相連接。結(jié)合圖2，用螺絲將高壓氣室后蓋I和高壓氣室前蓋3固定在高壓氣室主體2的兩偵牝使其形組成ー個(gè)空腔圓柱體，空腔為脈沖閥的高壓氣室。在高壓氣室中，將柱塞組合夾持盤9用螺絲固定在高壓氣室主體2的內(nèi)部，再將柱塞組合固定在柱塞組合夾持盤9的一偵牝在柱塞組合夾持盤9的另ー側(cè)，植入ー個(gè)微調(diào)螺絲8 ;最后將高壓氣體導(dǎo)入管4和壓電陶瓷信號(hào)線接入頭5固定在高壓氣室后蓋I的外側(cè)。結(jié)合圖3和圖4，柱塞組合由壓電陶瓷棒10、柱塞(鋁制)11和柱塞(鋁制)前端的0形柱塞密封圈18所組成，柱塞(鋁制)11套在壓電陶瓷棒的ー頭，二者緊配合，0形柱塞密封圈18套在鋁制柱塞前端的凹槽內(nèi)。柱塞組合夾持盤9是ー個(gè)兩側(cè)有不同尺寸凸臺(tái)的鋁制圓盤，其上設(shè)有六個(gè)固定螺紋孔14和六個(gè)(柱塞組合夾持盤)固定孔7-4 ;在柱塞組合夾持盤9 一側(cè)的較大凸臺(tái)上，根據(jù)壓電陶瓷棒10的尺寸沿軸線設(shè)置一個(gè)臺(tái)階，將將壓電陶瓷棒10的一端以與臺(tái)階緊配合的形式嵌入臺(tái)階內(nèi)，并將ー個(gè)內(nèi)側(cè)設(shè)有倒角的柱塞組合夾持環(huán)12固定在柱塞組合夾持盤9上，固定時(shí)在柱塞組合夾持環(huán)12的倒角處放入ー個(gè)0形橡月父S封圈，以保證壓電陶瓷棒10能牢固固定在柱塞組合夾持盤9上；柱塞組合夾持環(huán)12上設(shè)有六個(gè)(柱塞組合夾持環(huán))固定與通氣孔7-5，其位置與設(shè)置在柱塞組合夾持盤9上的六個(gè)固定螺紋孔14相對(duì)應(yīng)，其中三對(duì)用于用螺絲將柱塞組合夾持環(huán)12固定在柱塞組合夾持盤9上，另外三對(duì)用于氣體在高壓氣室前后室的流通；在柱塞組合夾持盤9的另ー側(cè)的較小凸臺(tái)上，沿軸向設(shè)置ー個(gè)通孔，井植入ー個(gè)微調(diào)螺絲8，調(diào)節(jié)微調(diào)螺絲8，使微調(diào)螺絲8的頂端能抵到壓電陶瓷棒10的端面，通過調(diào)節(jié)微調(diào)螺絲來調(diào)節(jié)柱塞組合上的0形柱塞密封圈18與高壓氣室前蓋3的內(nèi)側(cè)面之間的位置。結(jié)合圖5和圖6，高壓氣室主體2是ー個(gè)空心圓柱體。圓柱體的ー個(gè)底面設(shè)有六個(gè)(高壓氣室后蓋)固定螺紋孔14-2和ー個(gè)(高壓氣室后蓋)0形密封圈定位槽15-1 ;圓柱體的另ー個(gè)底面設(shè)有六個(gè)(高壓氣室前蓋)固定螺紋孔14-4和ー個(gè)(高壓氣室前蓋)0形密封圈定位槽15-2。在圓柱體內(nèi)部，兩側(cè)各設(shè)置ー個(gè)不同深度的圓柱形臺(tái)階，其中較淺的臺(tái)階上，設(shè)置六個(gè)具有一定深度的(柱塞組合夾持盤)固定螺紋孔14-3，螺紋孔14-3的位置分布與設(shè)置在柱塞組合夾持盤9上的(柱塞組合夾持盤)固定孔7-4的位置匹配。結(jié)合圖7和圖8，高壓氣室后蓋I上設(shè)有六個(gè)帶沉孔無螺紋通孔6、ー個(gè)壓電陶瓷信號(hào)線接入孔16和ー個(gè)高壓氣體進(jìn)氣孔17，在高壓氣室后蓋I的外側(cè)底面上，圍繞壓電陶瓷信號(hào)線接入孔16設(shè)置ー個(gè)0形圈定位槽15-3和三個(gè)具有一定深度的固定螺紋孔14-1，圍繞高壓氣體進(jìn)氣孔17也設(shè)置ー個(gè)0形圈定位槽15-4和三個(gè)具有一定深度的固定螺紋孔14-5，兩個(gè)O形圈定位槽15-3和15-4分別與壓電陶瓷信號(hào)線接入孔16和高壓氣體進(jìn)氣孔17同心，固定螺紋孔14-1和14-5分別分布在以壓電陶瓷信號(hào)線接入孔16和高壓氣體進(jìn)氣孔17為中心的圓上；通過分布在高壓氣室后蓋I上的固定螺紋孔14-1和14-5將高壓氣體導(dǎo)入管4和壓電陶瓷信號(hào)接入頭5上的固定孔(通孔)7-1和7-2，用螺絲將高壓氣體導(dǎo)入管4和壓電陶瓷信號(hào)接入頭5固定在高壓氣室后蓋I上。結(jié)合圖I、圖2、圖7和圖8，壓電陶瓷信號(hào)接入頭5是ー個(gè)特制的信號(hào)接入頭，其外形是ー個(gè)一側(cè)帶有圓臺(tái)的圓盤，圓盤上設(shè)有三個(gè)固定孔7-2，固定孔7-2的位置與設(shè)置在高壓氣室后蓋I上的壓電陶瓷信號(hào)線接入孔16周圍的固定螺紋孔14-1匹配，并用螺絲將ニ者固定；制作吋，先做一個(gè)帶凸臺(tái)的空心圓盤，使凸臺(tái)、空心與圓盤同軸，然后在空心部分放置兩根不相交的導(dǎo)線，然后用熔融玻璃澆筑空心部分，待玻璃凝固后即可將導(dǎo)線、圓盤固定為ー個(gè)整體，這樣既可以將壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)信號(hào)接入到處于高壓氣室中的壓電陶瓷棒10上，又可以保證密封性。結(jié)合圖I、圖2、圖3和圖4，本實(shí)用新型所述高壓氣體脈沖閥工作時(shí)，先通過壓電陶 瓷信號(hào)線接入頭5上的金屬柱，將壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)信號(hào)加載到壓電陶瓷棒10上，再通過與高壓氣源相連的高壓氣體導(dǎo)入管4給高壓氣室內(nèi)導(dǎo)入高壓氣體，檢測(cè)脈沖閥各接ロ處是否有漏氣現(xiàn)象，確認(rèn)沒有漏氣現(xiàn)象后，開啟壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，將周期性變化的電信號(hào)加載到壓電陶瓷棒10上，壓電陶瓷棒10在周期性變化的驅(qū)動(dòng)電壓作用下發(fā)生周期性微伸縮變化，從而改變套在鋁制柱塞11上的0形柱塞密封圈18與高壓氣室前蓋3之間的相對(duì)位置，當(dāng)高壓氣室內(nèi)的氣體在壓電陶瓷棒10發(fā)生微縮短的時(shí)候會(huì)從0形柱塞密封圈18與高壓氣室前蓋3之間的縫隙逸出高壓氣室，當(dāng)加載在壓電陶瓷棒10上的驅(qū)動(dòng)電壓周期性變化時(shí)，高壓氣室內(nèi)的高壓氣體就可以周期性的逸出，從而達(dá)到脈沖放氣的目的，因?yàn)楦邏簹馐覂?nèi)的氣體壓カ遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣室外的氣體壓力，所以從高壓氣室內(nèi)逸出的氣體可以在內(nèi)外壓カ差的作用下形成分子束流。
權(quán)利要求1.ー種高壓氣體脈沖閥，其特征在于它由高壓氣室后蓋、高壓氣室主體、高壓氣室前蓋、柱塞組合和柱塞組合夾持盤同軸連接而成，內(nèi)部形成ー個(gè)密封的氣室，后蓋上設(shè)有高壓氣體進(jìn)氣孔和壓電陶瓷信號(hào)線接入孔，高壓氣室主體為空心腔體，柱塞組合夾持盤與高壓氣室主體的腔體相適配，并套裝在腔體內(nèi)并定位連接，柱塞組合夾持盤上開有連通氣室前后部分的固定螺紋孔；柱塞組合包括微調(diào)螺絲、壓電陶瓷棒、柱塞，柱塞組合夾持盤中部設(shè)有安裝孔，安裝孔前部配合微調(diào)螺絲，孔后部適配并套裝所述電陶瓷棒，所述微調(diào)螺絲與電陶瓷棒相抵，柱塞套于壓電陶瓷棒的前端，柱塞前端套裝O型密封圈并與前蓋上的噴氣孔 位置對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖閥，其特征在于該脈沖閥設(shè)有柱塞組合夾持環(huán)，柱塞組合夾持環(huán)連接在柱塞組合夾持盤的ー側(cè)，并套在壓電陶瓷棒上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖閥，其特征在于所述柱塞組合夾持環(huán)上設(shè)有6個(gè)固定與通氣孔，并與柱塞組合夾持盤上的固定螺紋孔相配合，其中3個(gè)固定與通氣孔用于通過螺絲將其固定在柱塞組合夾持盤上，另外3個(gè)用于連通氣室前后部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖閥，其特征在于所述柱塞組合夾持環(huán)與壓電陶瓷棒相連的一端設(shè)有倒角，所述倒角處設(shè)有O型橡膠密封圏。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖閥，其特征在于所述柱塞組合夾持盤前后設(shè)有凸臺(tái)，所述柱塞組合夾持盤的安裝孔也穿過前后的凸臺(tái)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖閥，其特征在于所述高壓氣室主體與前蓋、后蓋的配合面分別設(shè)有密封圏。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖閥，其特征在于所述設(shè)置于高壓氣室后蓋上的高壓氣體進(jìn)氣孔處連接高壓氣體導(dǎo)入管，并在兩者配合面設(shè)有密封圏。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖閥，其特征在于所述設(shè)置于高壓氣室后蓋上的壓電陶瓷信號(hào)線接入孔處連接有壓電陶瓷信號(hào)線接頭，并在兩者配合面上設(shè)有密封圏。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖閥，其特征在于所述柱塞前端的O型密封圈與高壓氣室前蓋的內(nèi)表面相切配合。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高壓氣體脈沖閥，該脈沖閥由高壓氣室后蓋、高壓氣室主體、高壓氣室前蓋、柱塞組合、柱塞組合夾持盤、進(jìn)氣口和壓電陶瓷信號(hào)線接入口組成。其中柱塞組合由微調(diào)螺絲、壓電陶瓷棒、鋁制柱塞和柱塞頂端的O形橡膠圈組成。由高壓氣室后蓋、高壓氣室主體和高壓氣室前蓋組成一個(gè)密封的高壓氣室，通過柱塞組合夾持盤將柱塞組合固定在高壓氣室內(nèi)，柱塞組合與設(shè)置在高壓氣室前蓋上的噴氣孔同軸，而且設(shè)置在柱塞組合前端的O形橡膠圈正好與高壓氣室前蓋內(nèi)表面相切。在高壓氣室后蓋上設(shè)有高壓氣體進(jìn)氣孔和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)信號(hào)接入口。本實(shí)用新型所述脈沖閥有良好的密封性，可用于真空腔體內(nèi)的脈沖放氣。
文檔編號(hào)F16K31/02GK202392238SQ20112050186
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者崔芬萍, 裴世鑫, 陳敏東 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)