[发明专利]一种压电计量阀

权利要求书

1.一种压电计量阀，其特征在于，包含出口阀门、入口阀门、阀管、阀芯、弹簧、压电模块、以及第一至第二夹板；

所述出口阀门、入口阀门结构相同，均包含阀头和阀体，其中，所述阀体为两端开口的空心圆柱体；所述阀头呈圆台状，其沿轴线设有通孔，该通孔的直径小于阀体的内径；所述阀头面积较大的端面的直径和阀体的外径相等，且阀头面积较大的一端和所述阀体的一端同轴固连；

所述阀管为两端开口的空心圆柱体，其两端分别伸入出口阀门、入口阀门中阀体远离其阀头的一端且分别和出口阀门、入口阀门的阀体密闭同轴固连；所述阀管在其中点处的外壁上设有环形凸起；

所述阀芯包含依次相连的限位部、连接部、接触部、杆部、尖部，其中，所述连接部为圆柱体，连接部端面的直径小于出口阀门阀体的内径、大于阀管的内径；所述限位部呈圆台状，其面积较大的端面的直径小于所述连接部端面的直径，且限位部面积较大的一端和所述连接部的一端同轴固连；所述接触部呈圆台状，其面积较大的端面的直径等于所述连接部端面的直径，且接触部面积较大的一端和所述连接部的另一端同轴固连；所述杆部长度大于阀管的长度，杆部端面的直径小于阀管的内径；所述尖部呈圆锥状，其底面直径等于杆部端面的直径；所述限位部、连接部、接触部均设置在出口阀门的阀体中；所述弹簧套在所述限位部上，呈压缩状，其一端和所述出口阀门阀头面积较大的端面相抵，另一端和所述连接部靠近限位部的端面相抵，使得接触部的侧壁和所述阀管伸入出口阀门内一端的内缘相抵；所述弹簧的内径等于限位部面积较大端面的直径；所述杆部一端和所述接触部面积较小的端面同轴固连，另一端穿过阀管的通孔伸入入口阀门的阀体内和所述尖部的底面同轴固连；所述尖部和所述入口阀门不接触；

所述压电模块包含2n个压电陶瓷片组，n为大于等于1的自然数，所述压电陶瓷片组包含两片同轴相叠的圆环形压电陶瓷片，均沿厚度方向极化且极化方向相反；所述2n个压电陶瓷片组均套在所述阀管外，其中n个压电陶瓷片组位于阀管环形凸起的一侧，另外n个压电陶瓷片组位于阀管环形凸起的另一侧；

所述第一夹板、第二夹板中心均设有和所述阀管相匹配的通孔，均套在所述阀管外且位于压电模块的两侧；所述第一夹板、第二夹板相互固连，用于将2n个压电陶瓷片组紧压在阀管环形凸起的两侧；

所述阀管的三阶纵向振动模态频率和所述阀芯的四阶纵向振动模态频率之间的差值小于等于预设的频率阈值，且阀管的三阶纵向振动模态频率为所述弹簧、阀芯组成的振动系统固有振动频率的倍频。

2.根据权利要求1所述的压电计量阀，其特征在于，所述n取4。

3.根据权利要求1所述的压电计量阀，其特征在于，所述第一夹板、第二夹板结构相同，均包含夹持基板、第一夹持耳和第二夹持耳，其中，所述夹持基板呈圆环状；所述第一夹持耳、第二夹持耳对称设置在所述夹持基板外壁的两侧，均和所述夹持基板固连，且第一夹持耳、第二夹持耳上均设有平行于夹持基板轴线的通孔；

所述第一夹板、第二夹板的第一夹持耳通过螺栓和螺母固定，第一夹板、第二夹板的第二夹持耳通过螺栓和螺母固定，使得第一夹板、第二夹板的夹持基板将2n个压电陶瓷片组紧压在阀管环形凸起的两侧。

4.基于权利要求1所述的压电计量阀的驱动方法，其特征在于，包含以下过程：

对各个压电陶瓷片组施加电信号，激发阀管的三阶纵向振动模态，阀管进行三阶纵向振动，此时，弹簧与阀芯组成振动系统受到激励，阀芯进行往复振动，同时通过共振阀芯产生时间相差π/2的四阶纵向振动模态；由于阀芯和阀管的泊松效应，阀芯和阀管的纵向振动模态在横向上是弯曲振动模态，阀管的三阶纵向振动和阀芯的四阶纵向振动使得阀管和阀芯杆部之间的液体由入口阀门到出口阀门单向移动；

断电时，弹簧使阀芯接触部和阀管伸入出口阀门内一端的内缘相抵，阀门关闭，实现断电自锁；

通过调节电信号电压的大小，能够改变阀门开合幅度的大小和液体输送能力。

5.一种贴片式压电计量阀，其特征在于，包含出口阀门、入口阀门、阀管、阀芯、弹簧和压电模块；

所述出口阀门、入口阀门结构相同，均包含阀头和阀体，其中，所述阀体为两端开口的空心圆柱体；所述阀头呈圆台状，其沿轴线设有通孔，该通孔的直径小于阀体的内径；所述阀头面积较大的端面的直径和阀体的外径相等，且阀头面积较大的一端和所述阀体的一端同轴固连；

所述阀管为两端开口的空心圆柱体，其两端分别伸入出口阀门、入口阀门中阀体远离其阀头的一端且分别和出口阀门、入口阀门的阀体密闭同轴固连；所述阀管在其中点处设有套管；所述套管为沿其轴线设有通孔的正四棱柱，所述套管套在所述阀管外，其内壁和阀管外壁同轴固连；

所述阀芯包含依次相连的限位部、连接部、接触部、杆部、尖部，其中，所述连接部为圆柱体，连接部端面的直径小于出口阀门阀体的内径、大于阀管的内径；所述限位部呈圆台状，其面积较大的端面的直径小于所述连接部端面的直径，且限位部面积较大的一端和所述连接部的一端同轴固连；所述接触部呈圆台状，其面积较大的端面的直径等于所述连接部端面的直径，且接触部面积较大的一端和所述连接部的另一端同轴固连；所述杆部长度大于阀管的长度，杆部端面的直径小于阀管的内径；所述尖部呈圆锥状，其底面直径等于杆部端面的直径；所述限位部、连接部、接触部均设置在出口阀门的阀体中；所述弹簧套在所述限位部上，呈压缩状，其一端和所述出口阀门阀头面积较大的端面相抵，另一端和所述连接部靠近限位部的端面相抵，使得接触部的侧壁和所述阀管伸入出口阀门内一端的内缘相抵；所述弹簧的内径等于限位部面积较大端面的直径；所述杆部一端和所述接触部面积较小的端面同轴固连，另一端穿过阀管的通孔伸入入口阀门的阀体内和所述尖部的底面同轴固连；所述尖部和所述入口阀门不接触；

所述压电模块包含第一至第四矩形压电陶瓷片，所述第一至第四矩形压电陶瓷片分别一一对应设置在所述套管的四个侧壁上，沿其厚度方向同时朝内或朝外极化；

所述阀管的三阶纵向振动模态频率和所述阀芯的四阶纵向振动模态频率之间的差值小于等于预设的频率阈值，且阀管的三阶纵向振动模态频率为所述弹簧、阀芯组成的振动系统固有振动频率的倍频。