[发明专利]一种压电微阀门的流量控制方法及压电微阀门装置

说明书

本发明属于压电微阀门结构领域，具体公开一种压电微阀门的流量控制方法及压电微阀门装置，控制方法包括：实时检测位移检测电容的电容大小，位移检测电容设置于压电微阀门的阀门流道径向两侧；以电容大小作为反馈信号，确定阀门流道当前流阻大小，进而确定当前流量大小；根据当前流量大小，改变压电微阀门中压电陶瓷的输入电压来调节阀门流道的尺寸大小，以使得压电微阀门的流量大小控制在稳定水平。另外，阀门流道由阀门入口、出口以及硅簧片和硅阀底之间的空隙构成，可采用MEMS工艺将硅簧片和硅阀底边缘之间键合密封。本发明能够避免因压电陶瓷电滞回线特征的存在而导致升压和降压过程中压电陶瓷位移不一样，提高流量调节精度，降低流量噪声。

技术领域

本发明属于压电微阀门结构领域，更具体地，涉及一种压电微阀门的流量控制方法及压电微阀门装置。

背景技术

阀门是多数气液输运过程的关键节点技术，在真空设备、气液输运设备、供给药设备、微流控系统中应用非常普遍。而有些气液输运过程对阀门的要求非常严苛，如霍尔推进器对气体工质的输运、胶体推进器对液体工质的输运，都需要通过阀门来实现极高的流量调节精度和极低的流量控制噪声。

显然，对于霍尔推进器、胶体推进器而言，阀门的电子控制是必然的，对于高精度微阀门最常见的电子控制手段是通过电源设备控制压电陶瓷伸长量实现的。但是，因为压电陶瓷控制电压与伸长量之间的电滞回线特征的存在，导致阀门的控制电压在增加和降低的过程中其伸长量实际上是不一样的，这样就导致了同一电压会输出不同的流量。

然而，对阀门的严苛要求在微推进航天器上却是客观存在的。例如，胶体推进器首先要求阀门有一个极低的泄漏率，其次胶体推进器的工质输运流量与推力直接相关，因为压电陶瓷电滞回线的存在，导致电源的同一输出电压可能使得阀门输出不同的流量，从而输出不同的推力，因此传统压电微阀门难以满足胶体推进器的要求。对于霍尔推进器，同样存在类似的问题。

发明内容

本发明提供一种压电微阀门的流量控制方法及压电微阀门装置，用以解决现有压电微阀门难以满足如胶体推进器、霍尔推进器等对流量控制分辨率和噪声要求极为严苛的场景的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种压电微阀门的流量控制方法，包括：

实时检测位移检测电容的电容大小，所述位移检测电容设置于压电微阀门的阀门流道径向两侧；以所述电容大小作为反馈信号，确定所述阀门流道当前流阻大小，进而确定当前流量大小；根据当前流量大小，改变所述压电微阀门中压电陶瓷的输入电压来调节所述阀门流道的尺寸大小，以使得所述压电微阀门的流量大小控制在稳定水平。

本发明的有益效果是：本方法将电容集成到压电微阀门中，通过电容的大小反馈流阻的大小从而反馈流量的大小，通过闭环反馈设计，以电容大小为反馈信号，压电陶瓷为反馈执行机，将阀门输运流量维持在稳定水平，如此则避免了因压电陶瓷电滞回线特征的存在而导致的升压和降压过程中压电陶瓷的位移不一样，从而保证流量输出的稳定性，提高了流量的调节精度，降低了流量噪声。因此，本方法是一种提高流量调节精度、降低流量噪声的方法。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，阀门流道由阀门入口、出口以及硅簧片和硅阀底之间的空隙构成，其中，采用MEMS工艺，将所述硅簧片和所述硅阀底的边缘之间键合密封。

本发明的进一步有益效果是：阀门入口和出口都在阀底上，用MEMS键合工艺将硅簧片和硅阀底键合连接，这样出口入口之间可形成一个密封性良好的流道环境。通过电源设备控制压电陶瓷产生伸长量，压电陶瓷驱动硅簧片产生位移，从而控制流道流阻大小，这样在出入口固定压力差下，能够实现对气/液工质可控的高精度流量调节。

本发明还提供一种压电微阀门装置，包括：硅簧片，硅阀底，T型支架以及两个压电陶瓷，还包括：位移检测电容和控制器；