一种自动化控制多射流静电喷射系统及其控制方法，属于静电喷射技术领域。特征在于：静电喷射系统中除喷头（1）、电荷产生和注入装置（2）、液体储存和输送装置（3）、喷射基底（5）、电荷产生或注入开关（6）、液体流量控制装置或液体输送开关（7）等装置之外，还包括一个自动反馈控制装置（4），该自动反馈控制装置通过检测静电喷射电流的变化来确定对应的静电喷射状态（该喷射状态可以包括特定的喷射电流数值、射流数目、射流角度、射流空间分布，等等），并通过调整电荷注入、液体流量、电场分布、喷射介质特性等方式进行反馈控制，从而使多射流静电喷射稳定在某个预先设定的喷射状态。本发明专利技术可用于工业或实验用的多射流静电喷射系统的自动化控制，具有方便实用、精确可靠的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种自动化控制的多射流静电喷射系统的设计和使用，通过检测静电喷射电流来进行反馈控制以调节静电喷射使达到某个预定的喷射状态，比如稳定控制在某个特定的射流数目和射流空间分布等，属于静电喷射
技术介绍
静电喷射本质上是利用静电力使液体弥散从而产生带有静电的细小液滴的技术，通常在该过程中会形成这些细小液滴如水柱一般喷射而出的情况，称为射流；如果在喷射中只形成单个射流，则称为单射流静电喷射模式；如果同时形成多个射流，则称为多射流静电喷射模式。单射流静电喷射模式所形成的单个射流包含排列成一条直线的一连串几乎完全相同的静电液滴，如附图2中所示。多射流静电喷射模式则形成多个包含一连串几乎完全相同的静电液滴的射流，其中各个射流所含的静电液滴大小、带电量等也几乎完全相同，其空间排布通常以喷头为轴心形成轴对称分布，如附图3中所示。单射流静电喷射的物理原理已经在20世纪60年代由G. Taylor和J. R. Melcher等人提出的泄漏介质模型得到解释，可参见 Annual Review of Fluid Mechanics, 1969，1，111-146 的 Electrohydrodynamics :A Review of the Role of Interfacial Shear Stresses 等文献。2005年由W. Gu(专利技术人)等首次系统地报道了稳定可控的多射流(multi-jet)静电喷射模式，并给出了多射流静电喷射模式的第一个定量的物理模型，参见Applied Physics Letters，2005，87，084107。静电喷射技术已经在工业喷涂、精细编织、大生物分子质谱仪、 薄膜沉积等领域得到广泛的应用，其在纳米制造、纳米印刷、新能源和新材料等新兴工业领域的应用方兴未艾。相比单射流静电喷射，多射流静电喷射可以得到喷射覆盖面更广、所产生液滴更小的静电喷射，喷射效果更好，特别是在薄膜沉积和纳米新材料制备等领域用途广泛。但是，当前多射流静电喷射还缺乏一种自动化的控制手段，要想得到某个特定的喷射状态包括射流数目、平均液滴大小、射流空间分布等，都需要人工观测喷射状态，通过手动调节电压、液体流速等参数逐渐达到要求，不但精度和可重复性都难以保证，也限制了该技术在大规模工业生产上的应用。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种便于工业和科研使用的自动化控制的，相比当前主要使用的手动调节方式可以大幅度提高多射流静电喷射的精度和可重复性，以满足高精度科研实验和规模化自动化工业生产的需求。一种自动化控制多射流静电喷射系统，包括静电喷射喷头以及通过液体流量控制装置或液体输送开关与静电喷射喷头相连的液体储存和输运装置，还包括经过电荷产生或注入开关与静电喷射喷头相连的电荷产生和注入装置，还包括位于静电喷射喷头下方的喷射基底，其特征在于该静电喷射系统还包括一个自动反馈控制装置，该自动反馈控制装置通过检测状态参数中的一种或几种来确定对应的静电喷射状态，并通过调整输入参数中的一种或几种进行反馈控制，从而使多射流静电喷射稳定在某个预先设定的喷射状态；所述状态参数包括静电喷射电流、静电喷射电流大小的稳定度、射流数目、射流角度、射流的空间分布，等等；所述输入参数包括电荷注入时所施加的外加电压或电流、喷射介质流量、 电场分布、喷射介质种类，等等。上述的自动化控制多射流静电喷射系统的控制方法，其特征在于(1)、所检测的状态参数及所确定的静电喷射状态为以下一种或几种(1-1)所检测的状态参数为静电喷射电流，如果电流是一连串连续的电流脉冲的模式，则对应的静电喷射模式是单射流静电喷射模式，其中电流脉冲的周期对应单射流静电喷射中相邻液滴的密集程度，电流脉冲的总放电量对应单个液滴的总带电量；如果电流是连续的不会周期性回到零点的近似直流电流的“准直流”模式，则对应的静电喷射模式是多射流静电喷射模式，其中电流的大小对应多个射流在单位时间里所产生的多个液滴的总带电量，电流的微小起伏对应这些液滴在和另一端电极撞击放电时的统计涨落，其电流幅度的变化和静电喷射稳定度直接相关，通常不会超过平均值的10%。(1- 所检测的状态参数为静电喷射电流大小的稳定度；通过其来确定多射流静电喷射状态的稳定度；稳定的电流大小对应稳定的喷射状态，如果电流上下波动，则意味着静电喷射状态不稳定，通常是处在了某个过渡状态，比如射流数目在N和(N+1)之间(N为某个自然数)变化，第(N+1)个射流的产生不稳定会导致电流的相应变化。如果电流变化剧烈，则意味着静电喷射极不稳定，很可能是出现了空间电荷放电等情况。(1-3)所检测的状态参数为射流数目、射流角度或射流的空间分布或它们的任意组合，或它们与静电喷射电流或静电喷射电流稳定度的任意组合。(2)、上述进行反馈调节的输入参数为以下一种或几种进行调整的输入参数是电荷注入装置的电流或电压，来调节状态参数中的静电喷射电流；(2- 通过改变液体输送装置的状态来调节状态参数中的静电喷射电流；(2- 通过改变电场分布来调节状态参数中的静电喷射电流；(2-4)通过改变所喷射介质的性质来调节状态参数中的静电喷射电流；一个典型的实施方案是利用如图4所示的多射流静电喷射模式下电流和射流数目曲线的一一对应关系，通过扫描该关系曲线，取其中的某个点以得到某个特定的射流数目 (通常取某个波峰点以得到特定射流数目的稳定喷射状态)，对应给定的喷射介质通常其他状态参数包括射流角度、射流空间分布等等也就随之确定了。具体实施时可以采用如图 1中所示的反馈回路，以图4曲线中某个特定的点作为回路控制目标点，由电流检测电路提供监控信息，通过改变外加电压、注入电流、液体流量、电场分布、注入液体性质等方式进行反馈控制以改变喷射状态从而改变喷射电流。(3)、利用上述的控制方式进行检测及反馈控制对应特定的喷射介质其状态参数通常是相互关联的，一旦确定其中之一，其他状态参数也就随之确定了 ；而控制静电喷射状态的各个输入参数通常是相互独立的，可以独立地改变其中某一个或几个参数而保持其他参数不变来改变喷射状态；所以我们可以事先通过理论计算或实验标定的方法确定某个易于实时监测的状态参数，通常为静电喷射电流，和其他状态参数的关系，然后通过反馈控制调节一个或几个输入参数来调节该状态参数，以同时达到改变其他状态参数得到所需的静电喷射状态的目的。判定该状态参数和其他状态参数关系的特征方法是利用理论推导、经验公式或实验标定的关系曲线图预先校准各状态参数之间的关系，然后通过扫描该关系曲线图，依据算得或测得的该状态参数来判定其他状态参数，并利用自动反馈控制装置使之达到并稳定在想要得到的喷射状态。(3-1)通过实时测量利用理论和经验公式，计算出某静电喷射电流所对应的喷射状态，或反之计算出某喷射状态所对应的静电喷射电流，从而调节反馈控制装置使之达到并稳定在该数值附近；计算中可能需要结合液体流量、外加电压等外部给定条件；上述理论和经验公式是N = η Ι5Λ(Τ，其中N是静电喷射的射流数目，I 是静电喷射电流大小，Q是液体流量，Π是由喷射液体性质决定的一个常数，通常由实验确定；(3- 通过以上专利技术的几个方面中所描述的自动控制手段，辅之以人工监测和调节，以得到某个特定的喷射状态。附图说明图1是含有自动反本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种自动化控制多射流静电喷射系统，包括静电喷射喷头（１）以及通过液体流量控制装置或液体输送开关（７）与静电喷射喷头（１）相连的液体储存和输运装置（３），还包括经过电荷产生或注入开关（６）与静电喷射喷头（１）相连的电荷产生和注入装置（２），还包括位于静电喷射喷头（１）下方的喷射基底（５），其特征在于：该静电喷射系统还包括一个自动反馈控制装置（４），该自动反馈控制装置（４）通过检测状态参数中的一种或几种来确定对应的静电喷射状态，并通过调整输入参数中的一种或几种进行反馈控制，从而使多射流静电喷射稳定在某个预先设定的喷射状态；所述状态参数包括：静电喷射电流、静电喷射电流大小的稳定度、射流数目、射流角度、射流的空间分布；所述输入参数包括：电荷注入时所施加的外加电压或电流、喷射介质流量、电场分布、喷射介质种类。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：顾文华，
申请(专利权)人：顾文华，
类型：发明
国别省市：84
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