專利名稱：微小型高壓流體控制閥的制作方法
技術領域：
本發明屬于精密儀器領域，特別涉及一種微小型高壓流體控制閥。
背景技術：
流體控制閥是用于對流體流動狀態(壓力、流量、截止/導通)進行控制的機械裝置。通常分為手動控制閥和自動控制閥。在各種氣、液壓系統，例如化工、生物、環境、醫藥、微小型衛星以及許多工業領域有著廣泛的應用。
微流量控制系統是微型機械/微型機電系統(MEMS)領域的一個活躍的研究分支，主要用于控制和驅動納升到微升范圍的流體。例如利用微型化學分析儀器，可以使一個典型的聚合鏈式反應放大過程耗時從數個小時減小到數分鐘完成；可以使昂貴的催化劑和生物媒介用量減少到最低限度，降低每次實驗的費用。微型閥是微流量系統的關鍵控制部件之一，幾乎是所有的微流量系統中不可缺少的重要組成部分，它的性能直接影響著整個微流量系統的工作狀態。迄今工業用控制閥有節流閥，減壓閥，調速閥等。由于其結構復雜，所以不適合微小型化。
另一方面，采用硅微細加工的微型閥可以有效的減小死區流量，提高控制精度，但是目前完全基于硅微細加工的微型閥存在著可控壓力小，泄漏大，頻響低等缺點。
發明內容
本發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動的主驅動元件，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向孔中，并以該孔為導向，沿軸向運動，閥堵的下表面與彈性薄膜相接觸，并與閥座上的入口對準，致動器給閥堵提供預緊力和開關的動作，通過可動閥堵使彈性薄膜變形，開啟或封閉流體的進出口，從而實現閥控功能。
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，其中內置機械彈簧提供閥堵的預緊力，致動力與預緊力方向相反提供閥的開關動作。
本發明的有益效果為1.該閥可與外置致動器配合，用于實現對高壓流體高精度、高頻響、低泄漏的控制。2.根據致動器提供的致動力和對閥堵與薄膜層的預緊力形式，可得到常開或常閉二種控制閥。3.該閥結構設計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加工工藝兼容，容易減小死區流量，實現微小流量達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構示意圖。
圖2為硅微細加工的高壓流體控制閥結構示意圖。
圖3為機械精密加工電磁致動的高壓流體控制閥結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，詳細介紹本發明的內容。
圖1所示是采用機械精密加工的高壓流體控制閥結構示意圖，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。活動閥堵3置放于中間連接件2中心的閥堵導向孔8中，并以該孔為導向，在外置致動器1的驅動下，沿導向孔8軸向運動；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。致動器1在通常狀況下以預緊力下壓可動閥堵3，閥堵3緊壓彈性薄膜4使之變形，從而使閥處于關斷狀態，即是常閉控制閥。工作時，致動器產生致動力，抵消預緊力，使閥堵可以上下自由運動，此時通過彈性薄膜4的恢復變形力與流體的壓力使閥堵3向上運動，打開控制閥。
圖2所示為采用硅微細工藝加工制成的高壓流體控制閥結構示意圖。該閥座優點在于1).可以降低流體系統的死區流量。2).可以提高微流體系統的控制精度。其總體結構和圖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中央的相應錐導向孔8配合，在致動器1作用力下作軸向上下運動；出入口形狀由加工工藝決定，當采用體硅加工時，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構示意圖。為常閉型，是本發明的一個使用范例。本高壓流體控制閥以電磁閥作為外置致動器1，作閥堵3軸向運動的主驅動元件。閥體為上述圖1和圖2所示兩種相似結構的微小型高壓流體控制閥，在致動器1所加的預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，從而使閥處于關斷狀態。即為常閉型高壓流體控制閥。工作時，致動器1通電，產生致動力F，抵消彈簧13的預緊力，吸合銜鐵10使閥堵3可以上下自由運動，此時通過彈性薄膜4的恢復變形力與流體的壓力使閥堵3向上運動，打開控制閥。
權利要求
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向孔中，以外置致動器作為閥堵軸向運動的主驅動元件，并以該孔為導向，沿軸向運動；閥堵的下表面與彈性薄膜相接觸，并與閥座上的入口對準，致動器給閥堵提供開關的動力，通過可動閥堵使彈性薄膜變形，開啟或封閉流體的出入口，從而實現閥控功能。
2.根據權利要求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.根據權利要求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向孔的形狀與閥堵形狀相配合。
4.根據權利要求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.根據權利要求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，其中內置機械彈簧提供閥堵的預緊力，致動力與預緊力方向相反提供閥的開關動作。
全文摘要
本發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向孔內壓在彈簧膜上面，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，從而實現閥控功能。根據致動器提供的致動力和對閥堵與薄膜層的預緊形式，可得到常開或常閉二種控制閥。該閥結構設計可以較小的致動力控制高壓流體，而且閥座部分結構特征為片層，與硅微細加工工藝兼容。其閥座可以有效的減小死區流量，提高控制精度，主要用于微型化學分析儀器，實現微小流量達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 優先權日2002年12月30日
發明者李勇, 范瑞麗, 陳旭鵬, 周兆英 申請人:清華大學