[发明专利]一种微流量比例控制阀

说明书

本发明公开了一种微流量比例控制阀，属于控制阀和微卫星及微推进技术领域，解决了现有微流量控制阀量程大、可调比低、功耗高等问题。该微流量比例控制阀包括阀盖、设有流体出口的阀身、设有流体入口的阀座、位于阀身内部的阀芯组件和压电驱动元件，阀芯组件包括第一阀杆、第二阀杆、第三阀杆和阀芯。通过精确调节施加在压电元件上的电压，压电元件输出不同位移同时输出推力，带动阀芯组件向上移动，阀芯与阀座内孔之间形成节流微通道，实现微流量流体的比例控制。本发明结合压电元件在输出精密位移同时保持高位移分辨率的特点，改变阀门节流微通道的尺寸，实现对微流量流体高可调比精确控制，且具有结构简单、体积小、重量轻、功耗低等优点。

技术领域

本发明涉及一种微流量控制阀，特别涉及一种适用于微卫星及微推进领域的微流量流体高可调比精确控制阀，可用于微流控芯片技术领域。

背景技术

流量控制阀是气液压系统的关键部件之一，其作用是控制流体的流向、流量以及压力。随着气液压技术从传统工业领域不断地向各种新兴技术领域发展，如微流控技术、精密机械与控制技术、化学分析、遗传基因与生物工程等，为了实现对微流量流体的高精度输送和分配控制，对现代流量控制阀的控制精度和调节能力都有了更高的要求。

在微卫星及微推进领域的电推进和冷气推进系统中，推力器需输出毫牛或微牛级的推力，其关键技术之一为微流量流体介质的高可调比连续精确控制。因此，对于一种体积小、重量轻、可调比高、功耗低、响应快、寿命长的微流量流体控制阀的研制需求越来越迫切。

常见的微小流量流体控制阀一般采用电磁铁驱动，将施加在电磁线圈上的电信号转化为电磁力，带动阀芯产生位移，实现流量的控制和调节。但该种阀门存在体积大、发热量大、功耗高、响应速度慢、会产生电磁辐射等缺点，且对于流体流量要求比较严格的情况下，无法达到精确地控制。目前发展的磁致式流量控制阀，以磁致伸缩材料为基础，利用铁磁性物质在外界磁场作用下沿磁感线方向产生变形的原理进行工作。但同传统的电磁阀一样，会产生电磁泄露，同时需要提供产生外加磁场的线圈，功耗较大，由此产生的发热会影响材料本身的精度，进而影响微流量流体的控制精度。

发明内容

本发明的目的在于解决上述缺陷，提供了一种微流量比例控制阀，利用压电元件输出精密位移同时保持高位移分辨率的特点，改变阀门节流微通道的尺寸，实现高可调比的微流量流体的精确控制，以满足推进系统的需求，且阀门整体体积小、重量轻、功耗低。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种微流量比例控制阀，包括阀盖、预紧弹簧、设有流体出口的阀身、设有流体入口的阀座和位于阀身内部的阀芯组件。

所述的阀座上端面与阀身下端面之间设有密封元件；所述的阀盖设于阀身上端面，阀盖中部设有通孔结构，用于通过第二阀杆。

所述阀芯组件包括第一阀杆、第二阀杆、第三阀杆和阀芯，第一阀杆、第二阀杆、第三阀杆和阀芯依次呈刚性连接；所述的第二阀杆顶部嵌入第一阀杆内部，底部穿过阀盖后嵌入第三阀杆；所述第三阀杆、阀芯设于阀身内部，第三阀杆与阀身内壁之间设有密封和导向元件；所述阀芯顶端与第三阀杆连接，下端与阀座的内孔之间形成节流微通道，该内孔与流体入口连通。

所述预紧弹簧安装在阀盖内表面与第三阀杆之间，且套装在所述第三阀杆上，预紧弹簧呈预紧状态。

所述的阀杆组件上安装压电元件，压电元件下端固定在阀盖外表面，上端与第一阀杆形成刚性接触，可自由伸缩，且套装在第二阀杆上；所述压电元件与电源控制器连接，压电元件通电时输出的位移和推力直接作用于所述阀芯组件。

进一步的，所述的流体入口垂直设于阀座中部，中心线与阀芯组件中心线共线。

进一步的，所述的流体出口水平设于阀身侧面，与阀身内部腔体相通。

进一步的，所述第二阀杆和阀座材质为工程塑料，其他所述零件材质为金属材料。