專利名稱：雙線圈高速脈沖氣閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種雙線圈高速脈沖氣閥，可用于提供寬度為200μs，強度為1022分子/秒·球面度的脈沖分子束。
已有技術(shù)(1)Rev.Sci.Instrum.52(10)，Oct.1981，P.1469-P.1472，(作者T.E.Adims，B.H.Rockney，R.J.S.Morrison，E.R.Grant)在文章題目為“Convenient fast pulsed molecular beam valve”中報導(dǎo)了雙線圈高速脈沖氣閥。
(2)J.Chem.Phys.78(4)，15 Feb.1983，P.1630-1631，(作者J.B.Hopkins，P.R.R.Langridge-Smith，M.D.Morse和R.E.Smalley)在題目為“Supersonic metal cluster beams of refractory metalsSpectral investigations of Ultracold Mo2”的文章中報導(dǎo)了雙線圈高速脈沖氣閥。
已有技術(shù)(1)中，氣閥在穩(wěn)定閉合狀態(tài)時的密封是由閉合線圈(closing coil)中的保持電流(hold current)實現(xiàn)的，這樣容易引起線圈發(fā)熱;在氣閥被開啟電流(open current)打開的同時，保持電流被切斷，這樣容易造成閥門漏氣，事實上，已有技術(shù)(1)中，從圖3的上圖(Upper trace)看，已顯露出微漏;由粘在可移動部件頭部的氟橡膠片實現(xiàn)密封，高速閉合時容易產(chǎn)生振蕩。
已有技術(shù)(2)使用高磁飽和的軟鋼材料，據(jù)稱有很大的渦流損耗，于是氣閥必須通水冷卻(見已技術(shù)2中P.1631)。
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)(1)和(2)中所存在的問題，用彈簧替代保持電流的作用，線圈即不會因有恒定電流流過而發(fā)熱，同時有良好的密封。用O形橡皮圈密封時，克服了氣閥高速閉合時容易產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象，并可連續(xù)在每秒10次的頻率下運行，無需通水冷卻。氣閥在完全開啟瞬間，工作氣壓不會發(fā)生跌落。


圖1為本發(fā)明-雙線圈高速脈沖氣閥的結(jié)構(gòu)剖視2為本發(fā)明的脈沖氣閥開閉的動態(tài)過程3為本發(fā)明脈沖氣閥的動作速度及束強診斷的實驗裝置示意4為在圖3的實驗裝置上所測得的脈沖氣閥產(chǎn)生的氣體脈沖圖5為本發(fā)明的脈沖氣閥的動作速度測量及超聲分子束裝置6為在圖5裝置上測得的氣閥動作速度和超聲分子束演示(工作氣體壓力為1.5大氣壓時的結(jié)果)圖7為在圖5裝置上測得的氣閥動作速度和超聲分子束演示(工作氣體壓力為6大氣壓時的結(jié)果)本發(fā)明的雙線圈高速脈沖氣閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。脈沖氣閥的外觀為上粗下細(xì)的圓筒形，閥體7下端的一側(cè)面有進(jìn)氣口1，閥體7的最下端是前蓋板19，上部有后蓋板8，閥體7與前后蓋板間分別由密封橡皮圈23、12實現(xiàn)密封，前蓋板19的中心開有噴氣口21，后蓋板8與頂板11之間是接線座10，接線座10與后蓋板8之間由銀圈密封環(huán)9實現(xiàn)密封，氣閥驅(qū)動電流經(jīng)由接線座10饋入開閥線圈15和閉閥線圈16。繞有開閥線圈15的上磁芯6和繞有閉閥線圈16的下磁芯2裝在具有內(nèi)凸緣的安裝筒5內(nèi)，由磁芯緊固環(huán)14、17固緊。由鐵磁材料制作的可移動部件3位于上磁芯6與下磁芯2之間，可移動部件3的中心孔內(nèi)，裝有彈簧20。位于彈簧頂端的壓桿18壓迫彈簧20，使可移動部件3在閥門閉合時緊貼下磁芯2。同時，可移動部件3的頂部壓迫置于前蓋板19，在噴氣口21周圍的O形橡皮圈22，使氣閥處在密封的狀態(tài)。壓桿18與磁芯緊固環(huán)14由螺紋連接，因此壓桿18可上下調(diào)節(jié)，以調(diào)整彈簧力的大小。安裝筒5由安裝筒緊固環(huán)13固定在閥體7內(nèi)?？梢苿硬考?與上磁芯6之間是氣隙4，氣隙4的大小由安裝筒5內(nèi)凸緣的厚度和可移動部件3的厚度之差決定。氣隙4決定可移動部件3的最大可位移量。
上述閥體7、前蓋板19、后蓋板8、頂板11均由不銹鋼制作，安裝筒5、安裝筒緊固環(huán)13、磁芯緊固環(huán)14、17、壓桿18均用黃銅制作。線圈15、16用漆包線繞制。進(jìn)氣口1很短，并靠近氣閥O形密封圈22處。
本發(fā)明的脈沖氣閥的動態(tài)過程是氣閥未受開閥電流脈沖激勵時，可移動部件3在彈簧20的壓迫下，對密封橡皮O環(huán)22實施密封。在開閥電流脈沖作用下，開閥磁鐵對可移動部件3的電磁力克服彈簧力的作用，使可移動部件3位移，密封解除，即氣閥開啟。圖2清楚地顯示出氣閥動作的動態(tài)過程，當(dāng)開閥電流脈沖產(chǎn)生的電磁力大于彈簧力的時候，可移動部件3開始動作，此后開啟電磁力繼續(xù)增大，當(dāng)開閥電流脈沖中止的時候，帶有很大速度的可移動部件3在彈簧力和閉閥電流脈沖產(chǎn)生的閉閥電磁力的共同作用下作減速運動，當(dāng)可移動部件3的位移量達(dá)到最大時，速度為零，此后即是可移動部件3在彈簧力和閉閥電磁力作用下的閉閥過程。
本發(fā)明的優(yōu)點
(1)相比已有技術(shù)(1)，本發(fā)明增加了密封彈簧20，彈簧力的大小可通過調(diào)節(jié)壓桿18的進(jìn)退(螺絲結(jié)構(gòu))來調(diào)整?？梢苿硬考?的頂端與O形橡皮圈密封，因此閥門可工作在更高的工作氣壓，閥門快速閉合時沒有任何振蕩。已有技術(shù)(1)，在工作氣壓為1大氣壓時即有微漏顯露，本發(fā)明最高可工作氣壓6大氣壓以上。
(2)相比于已有技術(shù)(2)，本發(fā)明不需任何水冷，可在每秒10次的頻率下連續(xù)工作，經(jīng)(3.6×104次)持續(xù)工作測試并無發(fā)熱現(xiàn)象。本發(fā)明的閥門進(jìn)氣口1短并靠近氣閥O形密封圈22處，氣閥在完全開啟瞬間，工作氣壓不會發(fā)生跌落，總之本發(fā)明氣閥完全能滿足通常的實驗工作需要。
最佳實施例結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中線圈15、16匝數(shù)150匝左右，線徑0.4mm可移動部件3重量2.7g氣隙(4)0.5mm左右彈簧(20)長8mm，彈簧力0.5Kg左右磁芯(2)、(6)材料1J12DY進(jìn)氣口(1)與O型密封橡皮圈22的距離3.6cm驅(qū)動電流8A左右驅(qū)動脈沖寬度小于1ms(取決于工作氣壓)在上述參數(shù)下，進(jìn)行脈沖分子束(He)實驗，如圖3、4、5、6、7所示，下面具體敘述通過對脈沖分子束的診斷測量本發(fā)明的性能圖3顯示脈沖氣閥的動作速度和束強測量的實驗裝置圖，5個大氣壓的氣體(He)從進(jìn)氣口24進(jìn)入置于真空系統(tǒng)源室25中的脈沖氣閥26。當(dāng)氣閥開啟時氣體向真空中膨脹，經(jīng)Skimmer27和Φ30的孔進(jìn)入探測室29。由電離管(ZJ-2)28，并經(jīng)放大器(放大倍數(shù)100)后送入示波器觀測。圖3中30、31、32為抽氣口，接于真空泵。在圖3裝置上獲得的測量結(jié)果由圖4顯示出。圖4中，X軸掃描速度100μs/格，探測系統(tǒng)靈敏度經(jīng)過校準(zhǔn)，Y軸6×10-5torr/格。氣體脈沖的寬度由氣閥的動作速度和束中分子的速度分布決定，即氣閥本身的動作速度必定小于圖4顯示的氣體脈沖寬度(FWHM)，即小于200μs。
圖5為本發(fā)明的脈沖氣閥動作速度測量和超聲分子束裝置圖，脈沖氣閥35置于真空系統(tǒng)源室34中，源室34和探測室40由三個抽氣口41、42和43接于真空泵。為了測量脈沖分子束中分子的速度和速度分布，使用了二只完全相同的電離管38、39，電離管的離子信號分別送入二只完全相同的放大器，電離管38離脈沖氣閥35噴嘴的距離為54cm，而置于探測室40中的電離管39離脈沖氣閥35之噴嘴口的距離為111.5cm。
載氣(He)經(jīng)輸入口33進(jìn)入氣閥35，在所閥35開啟時，氣體向真空膨脹，經(jīng)Skimmer 36、37后形成分子束。圖6、圖7是在圖5所示的裝置上測得的脈沖分子束的波形，圖6所用的工作氣體壓力為1.5大氣壓，圖7所用的氣體壓力為6大氣壓，X軸的掃描速度均為200μs/格。由圖7得到分子的速度約為2×105cm/秒，比圖6明顯增大，并且速度分布更趨單一。圖6中氣體脈沖寬度由于分子的速度分布而增加，圖7顯示氣閥本身動作的時間小于200μs。
權(quán)利要求
1.一種雙線圈高速脈沖氣閥，其中包括閥體(7)，在閥體(7)的下端是中心帶有噴氣口(21)的前蓋板(19)，在閥體(7)下端的側(cè)面有進(jìn)氣口(1)，閥體(7)的頂端是頂板(11)，頂板(11)的下面有置于后蓋板(8)之上的接線座(10)，后蓋板(8)與接線座(10)之間有銀圈密封環(huán)(9)，后蓋板(8)與閥體(7)之間有密封橡皮圈(12)，前蓋板(19)與閥體(7)之間有密封橡皮圈(23)，在閥體內(nèi)由安裝筒緊固環(huán)(13)固定的帶內(nèi)凸緣的安裝筒(5)內(nèi)裝有由磁芯緊固環(huán)(14)、(17)固定的繞有開閥線圈(15)的上磁芯(6)和繞有閉閥線圈(16)的下磁芯(2)，在上磁芯(6)和下磁芯(2)之間有可移動部件(3)和氣隙(4)，其特征在于可移動部件(3)的中心孔內(nèi)有彈簧(20)，彈簧(20)的頂端有壓桿(18)，壓桿(18)與磁芯緊固環(huán)(14)的中心孔有螺紋連接，可移動部件(3)的頂部壓在置于前蓋板(19)中心噴氣口(21)周圍的O形橡皮圈(22)上，進(jìn)氣口(1)靠近O形橡皮圈(22)。
全文摘要
本發(fā)明是一種雙線圈高速脈沖氣閥。主要用于產(chǎn)生寬度窄(200μs左右，F(xiàn)WHM)、強度高(10
文檔編號F16K31/06GK1108741SQ94112018
公開日1995年9月20日 申請日期1994年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月18日
發(fā)明者周汝枋, 倪國權(quán), 許達(dá)民 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所