[发明专利]微型液力压电开关阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关阀，特别涉及一种微型液力压电开关阀。

背景技术

目前，微型阀是微流体控制系统中的关键部件，按驱动源的有无可分为被动阀与主动阀。被动阀属于单向阀，只能单向导通，不适用于需要双向流通与截止的场合。主动阀由于可以主动控制阀的开闭，并可双向截止，因而具有独特的优势。微型主动阀的种类很多，按驱动方式的不同可以分为压电阀、热力阀、静电阀、电磁阀、记忆合金阀等。压电阀在众多设计方案中都公开过，例如CN 101755157A,CN 1391639A,CN 1354335A,CN 101573548A。利用压电晶片直接控制阀孔的开闭，可以使压电阀的结构更加紧凑，易于实现微型化，但由于压电晶片变形微小，在工作过程中又仅利用了压电晶片的局部变形，因此对压电晶片的平面度与装配精度要求较高，增加了制造成本。为了获得较大的变形，通常采用压电叠堆并辅之以位移放大机构来构造压电阀，但厚度不易缩减，不利于实现微型化。也有学者提出液力膜式位移放大机构的压电阀，可以将位移放大机构的体积压缩到最低，但由于所采用的平面膜其表面张力和回弹力较大，造成该阀的截止和通流能力不理想。

发明内容

本发明提供一种微型液力压电开关阀，目的是在保证压电阀体积微型化的前提下，降低现有微型压电阀对压电晶片的平面度和装配精度的要求，并最大限度地发挥压电晶片的驱动能力，提升微型压电阀的截止和通流能力，使微型压电阀的产品化和大批量生产成为可能。

本发明所述的微型液力压电开关阀是由压电振子、储液腔、驱动孔、柔性阀堵、阀座、阀孔、入口、出口、流道和驱动液组成。其中压电振子设在储液腔的上部或下部，储液腔的上部或下部或腔壁上开设有与储液腔相连的驱动孔，柔性阀堵设在驱动孔上并与阀孔相配合，压电振子、储液腔和柔性阀堵共同构成一个密封的空间，内部充满驱动液，储液腔底部与阀座固定连接并完全密封，使入口、出口、阀孔及流道可构成连续的过流通道。

压电振子设有一个或数个，由压电晶片与金属基板同心粘接而成。

储液腔设有一个或数个，设有数个储液腔时，数个储液腔叠加设置，各个储液腔的内腔相贯通。

阀孔能够连接一导液管，柔性阀堵设在导液管的出口处，导液管与储液腔的内腔相连通，柔性阀堵与导液管之间密封。

柔性阀堵为半球面型或波纹管状结构，材质为弹性材料。

本发明的工作原理：

请参阅图1、图2和图3所示：

图1为柔性阀堵在液体流动通道自然关闭状态示意图；

图2为柔性阀堵在液体流动通道强制开启状态示意图；

图3为柔性阀堵在液体流动通道强制关闭状态示意图；

储液腔内充满驱动液，封装时确保储液腔内有一定的初始压力，因此无外加电压作用时柔性阀堵处于扩张状态，其端部的球形隆起紧贴阀孔，所形成的良好密封保证了阀的常闭特性。当外加电压与压电晶片的极化方向一致时压电振子产生变形，储液腔内的驱动液被拉伸，迫使柔性阀堵收缩，此时压电晶片通过驱动液将全部变形的作用都反映在柔性阀堵上，若压电振子的面积与柔性阀堵的截面积之比为n，由于驱动液的不可压缩性，则柔性阀堵此时的收缩幅度近似为压电振子所产生的平均位移的n倍，故柔性阀堵将大幅度离开与之配合的阀孔，使入口、出口、阀孔和流道完全连通，阀处于开启状态。当外加电压与压电晶片的极化方向相反时驱动液被进一步压缩，此时柔性阀堵所产生的大幅度扩张趋势将使其与阀孔的密封性进一步加强，可使阀在更高的压差下保持截止性。

本发明的有益效果：

利用液力间接控制阀的开闭，制造精度要求不高，简单实用，能够进行大批量生产，生产成本较低；柔性阀堵和阀孔密封效果好，柔性阀堵的截止性好、截止压力高、泄漏率低；可利用导液管将压电驱动部分与流体控制部分分离，安装形式灵活；能够利用液力传动无滞后的优势，充分发挥压电晶片响应速度快的特点；能够充分利用压电晶片的整体变形。

附图说明

图1为柔性阀堵在液体流动通道自然关闭状态示意图。

图2为柔性阀堵在液体流动通道强制开启状态示意图。

图3为柔性阀堵在液体流动通道强制关闭状态示意图。

图4为实施例一示意图。

图5为实施例二示意图。

图6为实施例三示意图。

图7为实施例四示意图。

图8为实施例五示意图。

图9为实施例六示意图。