Імпульсний дозуючий вентиль

1. Імпульсний дозуючий вентиль, що містить циліндричний корпус з осьовим каналом і внутрішньою різьбою на одному кінці, приєднувальні штуцери, металевий дозуючий клапан, поворотну дискову пружину, розділову мембрану, штовхач, п'єзокерамічний елемент прямокутної форми, C2 2 (19) 1 3 нок виштовхування дозуючої голки з отвору пропускного сідла поздовжньою деформацією dзз п'єзострикційного елемента, який збільшує свої геометричні розміри у напряму поздовжньої осі під дією підведеної електричної напруги від джерела живлення. Газ, що дозується, із вхідного приєднувального штуцеру надходить у вихідний через утворену довгу щілину між дозуючою голкою зі штовхачем і пропускним сідлом та об'єм між розділовою мембраною і корпусом. Недоліками найближчого аналогу є те, що в каналі напуску між вхідним і вихідним штуцерами постійно знаходиться конус дозуючої голки зі штовхачем та додатковий об'єм між корпусом і розділовою мембраною, які погіршують умови проходження газу, зменшують швидкодію дозуючого вентиля та погіршують часову достовірність хімічного складу газових проб процесів, що швидко протікають. Незважаючи на недоліки, із-за відсутності імпульсного дозуючого вентиля з кращими параметрами, дозуючий вентиль, що є найближчим аналогом, був використаний в експериментах на космічних апаратах "Венера - 11 і 12" у массспектрометричних вимірюваних складу нижньої атмосфери Венери. (Письма в Астронамический Журнал, т.5, №5, стр.211-216) у складі. «Устройство для отбора проб с движущихся космических аппаратов» по a.c. №66952 СССР заявленного 08.08.77 (не публиковалось в открытой печати). Перед нами стояла задача покращення параметрів найближчого аналога та створення швидкодіючого дистанційно-керованого імпульсного дозуючого вентиля з широким динамічним діапазоном, що витримує великі динамічні перевантаження. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що заявлений імпульсний дозуючий вентиль містить циліндричний корпус з осьовим каналом і внутрішньою різьбою на одному кінці, приєднувальні штуцери, металевий дозуючий клапан, поворотну дискову пружину, розділову мембрану, штовхач, п'єзокерамічний елемент, джерело електричного живлення та натискну гайку, у якої два вхідні приєднувальні штуцери розташовані на твірній поверхні корпусу та сполучені між собою через осьовий канал, вихідний приєднувальний штуцер одним кінцем, що має на торці ущільнювач з кільцеподібною кромкою трикутного перерізу, та конічну виїмку, яка сполучена з каналом вихідного приєднувального штуцера, герметично закріплений в осьовому каналі торця другого кінця корпусу, металевий дозуючий клапан механічно жорстко з'єднаний з поворотною пружиною, п'єзокерамічний елемент, виконаний з поляризованих п’єзокерамічних пластин прямокутної форми, які однополярними поверхнями через металеві прокладки, наприклад із мідної фольги, на клею зібрані в прямокутний пакет і з'єднані електричнопаралельно, один кінець якого механічно жорстко з'єднаний зі штовхачем, а другий - кінематичнорухомо зв'язаний з натискною гайкою. На Фіг. зображено поздовжній розріз запропонованого імпульсного дозуючого вентиля, що містить циліндричний корпус 1 з осьовим каналом 2 і 88009 4 внутрішньою різьбою 3 на одному кінці, два вхідні приєднувальні штуцери 4, які сполучені між собою через осьовий канал 2, вихідний приєднувальний штуцер 5 з внутрішнім каналом 6 і ущільнювачем 7 з кільцеподібною кромкою трикутного перерізу та конічною виїмкою, дозуючий клапан 8 з поворотною пружиною 9, розділову мембрану 10, штовхач 11, п’єзокерамічний елемент 12, натискну гайку 13 та джерело електричного живлення 14. Вентиль працює в такий спосіб. В режимі очікування, газ, що аналізується, (для оновлювання хімічного складу) проходить через приєднувальні вхідні штуцери 4 і осьовий канал 2 у межаподозуючого клапану 8, а осьовий канал 6 вихідного приєднувального штуцеру 5 в цей час герметично замкнутий дозуючим клапаном 8 зусиллям натискної гайки 13 через п'єзокерамічний елемент 12, штовхач 11, розділову мембрану 10 та ущільнювач кільцеподібної форми 7, поворотна дискова пружина 9 при цьому вигнута і знаходиться у напруженому стані. Дозування газу здійснюється впливом імпульсу електричної напруги від джерела електричного живлення 14 на п'єзокерамічний елемент 12, який за рахунок негативної поперечної деформації dз2 (перпендикулярної осі поляризованого поля), зменшує свій геометричний розмір у напряму довгої сторони п'єзокерамічного елементу і переміщує жорстко зв'язаний з ним штовхач, що утворює відповідну щілину між штовхачем 11 і мембраною 10 та звільняє напружену поворотну пружину 9, яка відповідно переміщує дозуючий клапан 8 і утворює між ним і ущільнювачем 7 щілину кільцевої форми, через яку газ із каналу 2 радіальним кільцевим потоком надходить у осьовий канал 6 вихідного приєднувального штуцера 5. Висока швидкодія заявленого імпульсного дозуючого вентиля досягається тим, що вакуумний ущільнювач 7 з кільцеподібною кромкою із твердого металу з радіусом закруглення вістря декілька мкм і площиною дозуючого клапана 8 з більш м'якого металу, у режимі пружної деформації металу, забезпечують герметичне замикання високовакуумного каналу з тиском (10-7-10-8)мм рт.ст., і мале високоточне переміщування дозуючого клапану утворює калібрований кільцевий канал великої площі перерізу з малою довжиною у напрямку потоку газу, що забезпечує швидкий прохід імпульсу газу у вільний осьовий канал 6 вихідного штуцера 5. Висока швидкість і точність перемішування дозуючого клапана 8 здійснюється за рахунок негативної поперечної деформації dз2 п’єзокерамічного прямокутного елемента 12, який впливом імпульсу електричної напруги з джерела електричного живлення з великою швидкістю і точністю зменшують свій геометричний розмір уздовж довгої сторони і викликає відповідне переміщування дозуючого клапану 8, та розмикання каналу 6, замкнутого у неробочому стані металевою дросельною парою (кільцеподібний ущільнювач 7 - дозуючий клапан 8 з поворотною пружиною 9). Дія імпульсів електричної напругу на п'єзокерамічний елемент 12 забезпечує формування відповідних каліброваних імпульсів газу з крутими фронтами, що забезпечує високу часову достовірність 5 88009 газових проб швидко протікаючих процесів і герметичне замикання каналу напуску у аварійному і неробочому стані високовакуумного приладу. По заявленому винаходу виготовлений зразок імпульсного дозуючого вентиля, у якого корпус діаметром 28мм і приєднувальні штуцери виконані з нержавіючої сталі, вихідний штуцер має діаметр внутрішнього осьового каналу 3мм і ущільнювач кільцеподібної форми - з діаметром 4мм, п'єзокерамічний елемент, виконаний з 10 поляризованих пластинок прямокутної форми 40´10´1мм із п’єзокераміки на основі титанату-цирконату свинцю ЦТС-19, склеєних однополярним поверхнями клеєм БФ-2 через прокладки з мідної фольги в прямокутний пакет 10´10´40мм. При дії однополярною зростаючою електричною напругою полярності, що збігається з полярністю поляризації, п'єзокерамічний елемент зменшує свій геометричний розмір у напрямі довгої сторони з залежністю деформації близькою до лінійної від електричної напруженості у п'єзокераміці. Так при напруженості 1500В/мм прямокутний п'єзокерамічний пакет Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 вкорочується на 42мкм, що утворює між ущільнювачем і дозуючим клапаном щілину кільцевої форми з площею перерізу S=0,66мм2 і довжиною у напрямку потоку газу декілька мкм, а дозуючий клапан, що виконаний з безкисневої міді у режимі пружньої деформації через ущільнювач кільцеподібної форми забезпечує герметичне замикання високовакуумного каналу з тиском 10-7-10-8мм рт.ст. Отримані результати випробувань в імпульсному режимі (більш 10000 замикань) та в непреривному режимі управління потоком газу, що напускається в вакуумні системи з тиском 10-7-10-8мм рт.ст, вказують на велику надійність та зносостійкість, що забезпечує особливу ефективність використання його в мас-спектрометрах для керування швидко протікаючими технологічними процесами в різних галузях промисловості, а мала маса і розміри та висока швидкодія і надійність дозволяють ефективно використовувати його для відбору та напуску газових проб у високовакуумні газоаналітичні прилади при пошаровому вивченні атмосфери планет з апаратів, що рухаються. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601