一种微型形状记忆合金双丝流量控制阀制造技术

本发明专利技术公开了一种微型形状记忆合金双丝流量控制阀，利用形状记忆合金材料应变感知和驱动一体化特征，直接将压差参数与形状记忆合金微丝驱动电流参数关联，即时将压差参数反馈，并驱动阀芯运动调整流道，起到流量控制的作用。本发明专利技术相比传统流量控制阀，结构简单，体积和构件复杂程度大幅度降低，尤其适合应用于毫米至微米尺度的微型流道中的流量控制。本发明专利技术微型流量控制阀的整体精度达到93％以上，相应频率高，这一技术有望在精密制造、生物医疗等领域获得推广应用。

A miniature shape memory alloy double wire flow control valve

The invention discloses a micro shape memory alloy double wire flow control valve, which directly associates the pressure difference parameter with the shape memory alloy micro wire driving current parameter, feeds back the pressure difference parameter in time, and drives the valve core to move and adjust the flow channel, so as to play the role of flow control. Compared with the traditional flow control valve, the invention has the advantages of simple structure, greatly reduced volume and component complexity, and is particularly suitable for flow control in the micro channel with the scale of millimeter to micron. The overall accuracy of the micro flow control valve of the invention is over 93%, and the corresponding frequency is high. The technology is expected to be popularized and applied in the fields of precision manufacturing, biomedicine, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种微型形状记忆合金双丝流量控制阀
本专利技术涉及一种微型流量控制阀，具体为一种基于形状记忆合金智能控制的微米级流量控制阀。
技术介绍
流量控制阀是一种采用高精度先导方式控制流量的多功能阀门。该阀体适用于需控制流量和压力的管路之中，可以控制并保持预定流量不变，将过大流量限制在一个预定值范围，并将上游高压适当减低。即使主阀上游的压力发生变化，也不会影响主阀下游的流量。从工作原理上讲，流量控制阀是基于进口与出口压力差，通过改变节流口液阻的大小来控制节流口的流量，从而调节执行元件(液压缸或液压马达)运动速度的阀类。流量控制阀品种主要包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。然而，常规的流量控制阀存在一些缺点：(1)流量控制阀一般有最小工作差的要求，一般产品要求最小工作压差为20KPa，这就要求循环水泵多增加2米水柱的工作扬程。在部分特定的工作场景下，这种流量控制阀的使用就受到较大的限制。(2)现在的流量控制阀结构主要是由自动阀芯、手动阀芯和显示器组成，具体还包括流量阀机芯、传感器发讯器、电子计算器显示器等部件，工作极其复杂。被测液流经阀门，液流冲击流量机芯内的叶轮，叶轮旋转与传感发讯器感应，使传感器发出与流量成正比的电讯号，流量电讯号通过导线送入电子计算器，经过计算器计算、微处理器处理后，流量值得以测试和反馈。多种信号转换和传输往往带来很多问题，常出现控制不稳或误报等现象。而对于微通道中的液流流量控制场景，已经明确提出了体积占比小、压差感知精度要求高等特点，传统的流量控制技术和器件显然难以满足要求。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于形状记忆合金执行元件阀芯的微型流量控制阀，利用形状记忆合金材料应变感知和驱动一体化特征，直接将压差参数与形状记忆合金微丝驱动电流参数关联，即时反馈压差参数，并驱动阀芯运动调整流道，起到流量控制的作用。本专利技术相比传统流量控制阀，结构简单，体积和构件复杂程度大幅度降低，尤其适合应用于毫米至微米尺度的微型流道中的流量控制。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种微型形状记忆合金双丝流量控制阀，包括液流连接管道、具有双丝对拉式结构的形状记忆合金微丝阀芯和压差测试仪；所述液流连接管道包括进液流连接管道和出液流连接管道；所述形状记忆合金微丝阀芯包括阀芯腔、形状记忆合金驱动微丝、阀体、超弹性合金复位微丝和电流源，电流源向形状记忆合金驱动微丝提供电流；阀芯腔同时与进液流连接管道和出液流连接管道连通，阀体设置在阀芯腔内，通过阀体在阀芯腔内的移动调节形状记忆合金微丝阀芯的开度(即调节进液流连接管道和出液流连接管内的流量关系)；形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝的一端位置固定，形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝的另一端分别拉住阀体的两端，通过形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝的伸缩驱动阀体在阀芯腔内移动；当电流流经形状记忆合金驱动微丝后，形状记忆合金驱动微丝会产生温度随动，电流值大小与形状记忆合金驱动微丝的温度形成一一对应的关系，由于形状记忆合金本身对温度的记忆特性，形状记忆合金驱动微丝在不同的温度下会变化成对应相应温度的形状，这种变化会牵动阀芯相对阀芯腔移动，进而调节形状记忆合金微丝阀芯的开度；在形状记忆合金驱动微丝变化的过程中，超弹性合金复位微丝起到了弹簧复位的作用，让阀体始终处于一种受力平衡状态，也是让阀体始终处于一种能够被量化监控的环境。所述压差测试仪对进液流连接管道和出液流连接管道内的液流压力差进行测量。本方案在实施时，调整电流源提供给由于形状记忆合金驱动微丝的电流大小，就能够调整形状记忆合金驱动微丝的形状进而调节阀体相对阀芯腔的位置，也即调节了形状记忆合金微丝阀芯的开度，调节了进液流连接管道和出液流连接管道内的液流压力差，让电流源提供给形状记忆合金驱动微丝的电流与液流压力差形成了对应关系。通过前期的对应表或者智能学习(比如神经网络等)方法，能够进行可靠的反馈控制，并且能够越发智能。在超弹性合金复位微丝能够提供的调节的范围内，进行高精度的流量控制。一种优选方案为，所述阀芯腔分为三个空间，分别称为第一空间、第二空间和第三空间，进液流连接管道和出液流连接管道均与第二空间连通，形状记忆合金驱动微丝设置在第一空间内，超弹性合金复位微丝设置在第三空间内；阀体隔断第一空间和第二空间。这是一种比较基本的方案，通过对第二空间和阀体形状或通路设计，能够设计出种类繁多的阀体，可根据需要具体选择。更为优选的，所述第一空间内安装阀芯的区域为直线滑管机构，在阀芯的移动直线上，第三空间对应位置为截面相同的直线滑管机构；阀芯沿移动直线上的长度大于两个直线滑管机构相对端面之间的间距。该设计可以将形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝分别封闭在第一空间和第三空间内，使得形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝也能够得到比较好的保护；通过阀体的形状设计和位置状态调节实现整个流量控制阀的开度调节。该设计也可以直接采用普通的柱体阀体(不对阀体进行特殊设计)，让第二空间和第三空间连通起来，这样超弹性合金复位微丝会与液体接触到，但是方案整体设计较为简单，当阀体两端分别置于两个直线滑管机构中时，可以让整个流量控制阀的开度为0。当然，具体能够实现何种效果，还要看阀体的可移动范围，具体设计可以参照现有的阀体设计。优选的，所述形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝分别与阀体两端的几何中心连接，且形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝的中心线在同一直线上。该设计是考虑到形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝的伸缩变化，让阀体能够稳定移动，便于通过统计或者学习的方法得到电流与压力差的关系。另一种优选方案为，所述阀芯腔为柱形腔，通过阀体将柱形腔分为两个空间，分别称为干空间和湿空间，进液流连接管道和出液流连接管道均与湿空间连通，形状记忆合金驱动微丝设置在干空间内，超弹性合金复位微丝设置在湿空间内；柱形腔为横截面的形状尺寸保持一致的柱形腔。更为优选的，所述阀芯腔、进液流连接管道和出液流连接管道为一体成型的十字交叉管结构，通过阀体将纵向管分为两个空间，分别称为干空间和湿空间，形状记忆合金驱动微丝设置在干空间内，超弹性合金复位微丝设置在湿空间内；纵向管将横向管分为两个空间，分别作为进液流连接管道和出液流连接管道，进液流连接管道和出液流连接管道均与湿空间连通。这种设计方案是我们目前比较推崇的方案，由于超弹性合金复位微丝带动下的阀体变化量有限，这种设计一方面简化了产品结构，减小产品尺寸的同时减少了附属设施的配置；另一方面还能够提高流量控制阀的流量调节范围，让形状记忆合金驱动微丝每一点形状记忆都能够产生有效的流量控制。优选的，所述横向管和纵向管的内径均为d(阀体的直径与纵向管的内径一致，也为d)，形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝的直径为0.05d～0.2d，形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝的长度为2d～10d，阀体的长度为1.2d～2d。在产品设计和试验过程中，该范围内的尺寸设计，流量控制的精度更高。优选的，所述阀体的材质为不导热和不导电的材质，比如不锈钢或陶瓷，所述形状记忆合金驱动微丝和超弹性合金复位微丝的材质均为镍钛基合金；更为具体的，所述形状记忆合金驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型形状记忆合金双丝流量控制阀，其特征在于：包括液流连接管道、具有双丝对拉式结构的形状记忆合金微丝阀芯和压差测试仪；所述液流连接管道包括进液流连接管道和出液流连接管道；所述形状记忆合金微丝阀芯包括阀芯腔、形状记忆合金驱动微丝、阀体、弹性合金复位微丝和电流源，电流源向形状记忆合金驱动微丝提供电流；阀芯腔同时与进液流连接管道和出液流连接管道连通，阀体设置在阀芯腔内，通过阀体在阀芯腔内的移动调节形状记忆合金微丝阀芯的开度；形状记忆合金驱动微丝和弹性合金复位微丝的一端位置固定，形状记忆合金驱动微丝和弹性合金复位微丝的另一端分别拉住阀体的两端，通过形状记忆合金驱动微丝和弹性合金复位微丝的伸缩驱动阀体在阀芯腔内移动；所述压差测试仪对进液流连接管道和出液流连接管道内的液流压力差进行测量。

【技术特征摘要】
1.一种微型形状记忆合金双丝流量控制阀，其特征在于：包括液流连接管道、具有双丝对拉式结构的形状记忆合金微丝阀芯和压差测试仪；所述液流连接管道包括进液流连接管道和出液流连接管道；所述形状记忆合金微丝阀芯包括阀芯腔、形状记忆合金驱动微丝、阀体、弹性合金复位微丝和电流源，电流源向形状记忆合金驱动微丝提供电流；阀芯腔同时与进液流连接管道和出液流连接管道连通，阀体设置在阀芯腔内，通过阀体在阀芯腔内的移动调节形状记忆合金微丝阀芯的开度；形状记忆合金驱动微丝和弹性合金复位微丝的一端位置固定，形状记忆合金驱动微丝和弹性合金复位微丝的另一端分别拉住阀体的两端，通过形状记忆合金驱动微丝和弹性合金复位微丝的伸缩驱动阀体在阀芯腔内移动；所述压差测试仪对进液流连接管道和出液流连接管道内的液流压力差进行测量。2.根据权利要求1所述的微型形状记忆合金双丝流量控制阀，其特征在于：所述阀芯腔分为三个空间，分别称为第一空间、第二空间和第三空间，进液流连接管道和出液流连接管道均与第二空间连通，形状记忆合金驱动微丝设置在第一空间内，弹性合金复位微丝设置在第三空间内；阀体隔断第一空间和第二空间。3.根据权利要求2所述的微型形状记忆合金双丝流量控制阀，其特征在于：所述第一空间内安装阀芯的区域为直线滑管机构，在阀芯的移动直线上，第三空间对应位置为截面相同的直线滑管机构；阀芯沿移动直线上的长度大于两个直线滑管机构相对端面之间的间距。4.根据权利要求1所述的微型形状记忆合金双丝流量控制阀，其特征在于：所述形状记忆合金驱动微丝和弹性合金复位微丝分别与阀体两端的几何中心连接，且形状记忆合金驱动微丝和弹性合金复位微丝的中心线在同一直线上。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛伟，金明江，
申请(专利权)人：江苏鑫长合金材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32