[发明专利]多功能压电驱动流量控制器

说明书

用于换气分析系统，例如光合作用测量系统中的多功能压电驱动流量控制系统和方法。流体阀装配模块包括外壳结构，该外壳结构包括多个端口和与端口相互连接的多个流体通道，以及与流体通道流体连通的多个压电驱动阀，各个阀包括压电元件，该压电元件控制沿通道的流量，其中该通道和该阀布置在外壳结构内，以便确定流体控制模块，该流体控制模块包括流量交换元件、流量分流元件和流量加压元件。流量交换元件具有第一及第二入口和第一及第二输出端口，并设置为在第一入口接收第一流体流量，在第二入口接收第二流体流量，并且在第一运行模式下引导第一流体流量到第一输出端口，第二流体流量到第二输出端口，并且在第二运行模式下引导第一流体流量到第二输出端口，第二流体流量到第一输出端口。流量分流元件具有输入端口、第三输出端口和第一出口，并设置为在输入端口接收输入流体流量，并以持续可调节的方式，控制供应至第三输出端口和第一出口的输入流体流量的量，其中第一出口流体连接至流量交换元件的第一入口，而第三输出端口适于流体耦合至外部容器。流量加压元件具有与第二出口流体连通的入口端，并设置为在入口端接收第三流体流量，并控制第二出口处的第三流体流量的压力，其中第二出口流体连接至流量交换元件的第二入口，而入口端适用于流体耦合至外部容器。

背景技术

本发明一般涉及流量控制系统和方法，更具体地涉及用于换气分析系统的多功能压电驱动流量控制系统和方法，换气分析系统例如是光合作用测量系统。

用于测量植物光合作用和蒸腾作用速率的系统可分为开放式系统和封闭式系统。对于开放式系统，植物的叶装在腔体内，而气流持续穿过腔体。测量进出腔体CO₂和H₂O的浓度，并计算进出的浓度差。该浓度差与质量流率一同用于计算光合作用(CO₂)和蒸腾作用(H₂O)速率。对于封闭式系统，叶或植物装在腔体内，不提供新鲜空气。持续监控腔体内的CO₂和H₂O浓度。该浓度的变化率与腔体容积一同用于计算光合作用(CO₂)和蒸腾作用(H₂O)速率。

在开放式和封闭式系统中，重要的是叶或植物是CO₂和H₂O唯一的源(source)或汇(sink)。不是由植物引起的CO₂或H₂O浓度变化各自都是测量误差。这些误差可以按经验弥补，例如“LI-COR Biosciences LI-6400User Manual”所述(页码4-43至4-48；并入为本文的附录A)。某些仪器的用户可能不理解这些修正的意义，并忽略它们。

开放式和封闭式系统均包含气动元件电路(例如泵、阀、腔体、管道、分析仪等等)。当CO₂和H₂O浓度动态变化时，这些元件的吸附作用可提供明显的CO₂或H₂O的源和/或汇。在稳态状况下，吸附作用不是主动的源或汇，且由于体泄漏和扩散会有寄生的(parasitic)CO₂和H₂O的源和/或汇。

体泄漏由系统与大气环境之间的压差驱动。适当的系统设计构造，以及固有的低工作压力，一般将由于体泄漏而导致的寄生的源和汇降至最低。扩散由系统与大气环境之间的组分气体(CO₂和H₂O)浓度梯度驱动。在系统内的组分气体浓度明显不同于大气状况的任意时间扩散势都会上升。为几乎任意实际工作厚度的金属一般提供了显著的气体扩散屏障。然而，事实上总是需要非金属材料。例如，为了在金属材料之间设置密封，使用垫片和O型圈。将传感头连接至其他系统元件的挠性管道是利用金属无法合理实现的功能性的示例。