阅读说明：本技术 一种气体微小流量控制器以及供给装置 (Gas micro flow controller and supply device ) 是由 李羽翠 党亮 李羽翡 张德荣 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种气体微小流量控制器以及供给装置,该流量控制器(6)包括前端进气、后端出气的壳体(61)以及设在壳体(61)内部并从前到后依次相连的加热装置、记忆合金弹簧(66)和密封垫,密封垫的后端与壳体(61)内壁上向内凸起的出气接口相连。本发明流量控制器结构简单、成本低,并且有效利用记忆合金随温度变化其结构发生变化的特性,调节密封垫与出气接口之间的压紧程度,改变流量控制器内密封腔的开启程度进而实现气体微流量的微小调节,可控度高,并且能够满足下游对气体微流量、高精度的要求。使用上述流量控制器的流量供给装置同样具有以上优点,其中的稳压减流器采用小径导气管和外壁缠绕加热丝的组合,结构简单、成本低。(The invention relates to a gas micro flow controller and a supply device, wherein the flow controller (6) comprises a shell (61) with the front end for gas inlet and the rear end for gas outlet, a heating device, a memory alloy spring (66) and a sealing gasket which are arranged in the shell (61) and are sequentially connected from front to back, and the rear end of the sealing gasket is connected with a gas outlet interface which is protruded inwards on the inner wall of the shell (61). The flow controller has simple structure and low cost, effectively utilizes the characteristic that the structure of the memory alloy changes along with the temperature change, adjusts the compression degree between the sealing gasket and the air outlet interface, changes the opening degree of the sealing cavity in the flow controller so as to realize the micro adjustment of the gas micro-flow, has high controllability, and can meet the requirements of downstream on the gas micro-flow and high precision. The flow supply device using the flow controller also has the advantages that the pressure stabilizing flow reducer adopts the combination of the small-diameter air duct and the heating wire wound on the outer wall, the structure is simple, and the cost is low.)

一种气体微小流量控制器以及供给装置

技术领域

本发明涉及供气技术领域，尤其涉及一种气体微小流量控制器以及供给装置。

背景技术

供气装置广泛应用于工业领域，主要用于提供气体介质。在航空、航天领域，经常需要供气装置提供微流量气体，尤其航天电推进系统由于携带气量有限且电推进常用气体氙气价格昂贵，必须按照相应要求提供微流量气体，通径达到微米级，而工业上较为成熟的常见的供气装置流量较大，且气体流量精度较低、流量的稳定性较差。因此，需要提供一种气体微小流量供给装置。

现有的气体微小流量供给装置主要有以下两种：

一种是通过控制特殊电磁阀的开闭实现微小流量的控制，这种方案虽然精密度高，但是在流量控制部分起关键作用的电磁阀并非常规普通的电磁阀，其结构复杂、费用昂贵，成本偏高。

另一种是通过使气体通过渗透材料（比如粉末冶金材料）达到控制流量目的，但是粉末冶金材料的孔隙度一旦加工完后为一定值，其流量为某一具体值，无法实现变流量控制，可控度低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低且可控度高的气体微小流量控制器。基于该控制器，本发明还从整体上提供了一种气体微小流量供给装置。

为解决上述问题，本发明提供了一种气体微小流量控制器，该流量控制器包括前端进气、后端出气的壳体以及设在所述壳体内部并从前到后依次相连的加热装置、记忆合金弹簧和密封垫，所述密封垫的后端与所述壳体内壁上向内凸起的出气接口相连；工作时通过所述加热装置控制所述记忆合金弹簧的温度使其伸长或者缩短，实现所述密封垫与所述出气接口之间压紧程度的微小调节。

优选的，所述加热装置包括加热片、围设在所述加热片与所述壳体内壁之间的第一隔热件、设在所述加热片后端的导热板以及设在所述导热板上的温度传感器，所述导热板的后端与所述记忆合金弹簧的前端相连。

优选的，所述加热装置的整体结构跨越所述壳体内壁上进气接口两侧，并在所述进气接口处开设有气流通道。

优选的，所述第一隔热件具体为陶瓷件。

优选的，所述密封垫包括硬质座子和嵌设在所述硬质座子后端的密封软垫，所述硬质座子前端与所述记忆合金弹簧后端相连并且其外壁不与所述壳体内壁接触，所述密封软垫后端与所述壳体内壁上的出气接口相连。

优选的，所述硬质座子前端与所述记忆合金弹簧后端之间还设有第二隔热件。

优选的，所述第二隔热件具体为陶瓷件。

本发明还提供了一种气体微小流量供给装置，该供给装置包括沿气路依次连接的高压气瓶、通断阀、减压阀、稳压减流器、流量控制器和流量计，所述流量控制器为上述所述的气体微小流量控制器。

在供给装置中，优选的，所述稳压减流器包括小径导气管和缠绕在所述小径导气管外壁上的加热丝。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明流量控制器包括壳体以及设在壳体内的加热装置、记忆合金弹簧和密封垫，结构简单、成本低，并且有效利用记忆合金随温度变化其结构发生变化的特性，调节密封垫与出气接口之间的压紧程度，改变流量控制器内密封腔的开启程度进而实现气体微流量的微小调节，可控度高，并且能够满足下游对气体微流量、高精度、高稳定性的要求。

对于本发明流量供给装置，由于其在流量控制部分起关键作用的流量控制器采用的是上述本发明流量控制器，使得供给装置整体结构简单、成本低，可控度高并且能够满足下游对气体微流量、高精度、高稳定性的要求。进一步地，其中的稳压减流器采用小径导气管和外壁缠绕加热丝的组合，结构简单、成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的气体微小流量控制器的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的气体微小流量供给装置的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的稳压减流器的结构示意图。

图中：1—高压气瓶，2—通断阀，3—减压阀，4—小径导气管，5—加热丝，6—流量控制器，7—流量计；61—壳体，62—第一隔热件，63—加热片，64—导热板，65—温度传感器，66—记忆合金弹簧，67—第二隔热件，68—密封软垫，69—硬质座子。

具体实施方式

实施例1 气体微小流量控制器

参考图1，本发明实施例提供了一种气体微小流量控制器，该流量控制器6主要包括在轴向上前端进气、后端出气的壳体61以及设在壳体61内部并从前到后依次相连的加热装置、记忆合金弹簧66和密封垫，密封垫的后端与壳体61内壁上向内凸起的出气接口相连。工作时，通过加热装置控制记忆合金弹簧66的温度使其伸长或者缩短，实现密封垫与出气接口之间开合程度的微小调节。

其中，记忆合金材料具有形状记忆效应，当加热装置对记忆合金弹簧66加热时弹簧长度立即伸长，再将弹簧温度降低时弹簧立即恢复原状。本发明中利用记忆合金随温度变化其结构发生变化的特性，通过加热装置使记忆合金弹簧66在可控范围内伸缩，控制记忆合金弹簧66的弹簧力调节密封垫的压紧程度，调节密封垫孔隙度，使气体渗透量达到下游流量要求，实现气体微流量控制。在实际应用中，壳体61具体可由不锈钢等金属制成，记忆合金弹簧66可由钛镍合金制成。

当流量控制器6工作时，通过加热装置对记忆合金弹簧66加热，使记忆合金弹簧66伸长，加大对密封垫的压紧力，减小密封垫与壳体61内壁上出气接口之间的流通渠道，使气体通过密封垫的渗透量降低，达到降低气体流量的目的。

流量控制器6内部的空腔作为气体压力缓冲腔，将前方流入的低流量气体进行稳压，并通过密封垫开启程度将气体缓缓的提供给下游装置，为下游装置稳定提供10sccm～200sccm流量的气体。

本发明中，上述加热装置具体包括加热片63、围设在加热片63与壳体61内壁之间的第一隔热件62、设在加热片63后端的导热板64以及设在导热板64上的温度传感器65，导热板64的后端与记忆合金弹簧66的前端相连；其中，温度传感器65用于检测加热装置的温度，通常为50℃～80℃，导热板64用于将加热片63的热量有效传递至记忆合金弹簧66。在实际应用中，第一隔热件62可由陶瓷制成，导热板64可由陶瓷封接合金4J33制成，温度传感器65可采用pt100铂电阻。

进一步地，上述加热装置的整体结构如图1所示跨越壳体61内壁上进气接口两侧，并在进气接口处开设有气流通道；这样设置一方面加热面积大能有效对记忆合金弹簧66进行加热，另一方面在记忆合金弹簧66形变过程中保证结构的整体稳定性。第一隔热件62、加热片63和导热板64三者形状相互适应锲合，第一隔热件62与壳体61内壁紧抵，三者整体构成环形，这样结构紧凑、占用空间小。对于为加热片63提供电源的电线（加热电压8.8-9V，电线图中未示出），在壳体61上开设一条通道即可（注意保证壳体61内部的整体密封性）。

本发明中，上述密封垫包括硬质座子69和嵌设在硬质座子69后端的密封软垫68，硬质座子69前端与记忆合金弹簧66后端相连并且其外壁不与壳体61内壁接触（保证气流的流通），密封软垫68后端与壳体61内壁上的出气接口相连。其中硬质座子69一方面在记忆合金弹簧66形变过程中保证结构的整体稳定性，另一方面为密封软垫68提供稳定坚实的后座，保证密封软垫68除了与出气接口接触的地方之外不发生多余的相变，有利于流量精度的控制。密封软垫68设置为前大后小，稳定性好。在实际应用中，密封软垫68可以由硅橡胶垫制成，硬质座子69采用硬质金属制成，两者硫化成一个整体，结构稳定性好。

进一步地，硬质座子69前端与记忆合金弹簧66后端之间还设有第二隔热件67，实际应用中可采用陶瓷件。可以理解的是，第二隔热件67与硬质座子69一样，其外壁不与壳体61内壁接触。

实施例2 气体微小流量供给装置

参考图2至图3，本发明一种气体微小流量供给装置包括沿气路依次连接的高压气瓶1、通断阀2、减压阀3、稳压减流器4、流量控制器6和流量计7，两两之间通过输气管进行相连，其中，流量控制器6为实施例1公开的任意一项气体微小流量控制器。

其中，高压气瓶1用于贮存高压气体；通断阀2用于实现高压气体与下游装置的通/断，实际应用中可采用电磁阀；减压阀3用于将高压气体减压到（0.2±0.02）Mpa；稳压减流器用于稳压减流；流量控制器6流量能够达到10sccm～200sccm；流量计7用于测量流量控制器6的气体输出流量。

工作时，通过流量控制器6内密封腔开启程度的变化，使供给装置能够满足下游对气体微流量、高精度的要求，实现气体的微流量供给与控制。可以理解的是，在流量控制器6/整个供给装置正式投入使用之前先预先试验并明确流量控制器6中加热装置的加热温度与流量控制器6气体输出流量之间的对应关系。

参考图3，本发明中，上述稳压减流器包括小径导气管4和缠绕在小径导气管4外壁上的加热丝5。其中，小径导气管4中的“小径”是相较主干线上的输气管而言的，两者材料上可以一样，但在管内径上，主干线上的输气管通常内径比较大，比如2mm，而本发明稳压减流器中的小径导气管4内径φ0.5-0.6mm。

加热丝5可采用常见的铠装加热丝，比如加热材料为Ni80Cr20，绝缘层为氧化镁陶瓷，保护管为N6纯镍。加热丝5加热温度根据流量控制器6和供给装置流量确定，通常为60℃～100℃。

当加热丝5加热时，小径导气管4内温度升高，气体分子之间间距变大，气体膨胀，局部压力提高，和导气管入口压差减小，气体流速降低，使气体流量减小，进而起到稳压减流。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。