專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)化控制多射流靜電噴射系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)化控制的多射流靜電噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用，通過(guò)檢測(cè)靜電噴射電流來(lái)進(jìn)行反饋控制以調(diào)節(jié)靜電噴射使達(dá)到某個(gè)預(yù)定的噴射狀態(tài)，比如穩(wěn)定控制在某個(gè)特定的射流數(shù)目和射流空間分布等，屬于靜電噴射技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
靜電噴射本質(zhì)上是利用靜電力使液體彌散從而產(chǎn)生帶有靜電的細(xì)小液滴的技術(shù)，通常在該過(guò)程中會(huì)形成這些細(xì)小液滴如水柱一般噴射而出的情況，稱(chēng)為射流；如果在噴射中只形成單個(gè)射流，則稱(chēng)為單射流靜電噴射模式；如果同時(shí)形成多個(gè)射流，則稱(chēng)為多射流靜電噴射模式。單射流靜電噴射模式所形成的單個(gè)射流包含排列成一條直線的一連串幾乎完全相同的靜電液滴，如附圖2中所示。多射流靜電噴射模式則形成多個(gè)包含一連串幾乎完全相同的靜電液滴的射流，其中各個(gè)射流所含的靜電液滴大小、帶電量等也幾乎完全相同，其空間排布通常以噴頭為軸心形成軸對(duì)稱(chēng)分布，如附圖3中所示。單射流靜電噴射的物理原理已經(jīng)在20世紀(jì)60年代由G. Taylor和J. R. Melcher等人提出的泄漏介質(zhì)模型得到解釋?zhuān)蓞⒁?jiàn) Annual Review of Fluid Mechanics, 1969，1，111-146 的 Electrohydrodynamics :A Review of the Role of Interfacial Shear Stresses 等文獻(xiàn)。2005年由W. Gu(發(fā)明人)等首次系統(tǒng)地報(bào)道了穩(wěn)定可控的多射流(multi-jet)靜電噴射模式，并給出了多射流靜電噴射模式的第一個(gè)定量的物理模型，參見(jiàn)Applied Physics Letters，2005，87，084107。靜電噴射技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)噴涂、精細(xì)編織、大生物分子質(zhì)譜儀、 薄膜沉積等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其在納米制造、納米印刷、新能源和新材料等新興工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用方興未艾。相比單射流靜電噴射，多射流靜電噴射可以得到噴射覆蓋面更廣、所產(chǎn)生液滴更小的靜電噴射，噴射效果更好，特別是在薄膜沉積和納米新材料制備等領(lǐng)域用途廣泛。但是，當(dāng)前多射流靜電噴射還缺乏一種自動(dòng)化的控制手段，要想得到某個(gè)特定的噴射狀態(tài)包括射流數(shù)目、平均液滴大小、射流空間分布等，都需要人工觀測(cè)噴射狀態(tài)，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)電壓、液體流速等參數(shù)逐漸達(dá)到要求，不但精度和可重復(fù)性都難以保證，也限制了該技術(shù)在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種便于工業(yè)和科研使用的自動(dòng)化控制的自動(dòng)化控制多射流靜電噴射系統(tǒng)及其控制方法，相比當(dāng)前主要使用的手動(dòng)調(diào)節(jié)方式可以大幅度提高多射流靜電噴射的精度和可重復(fù)性，以滿足高精度科研實(shí)驗(yàn)和規(guī)?；詣?dòng)化工業(yè)生產(chǎn)的需求。一種自動(dòng)化控制多射流靜電噴射系統(tǒng)，包括靜電噴射噴頭以及通過(guò)液體流量控制裝置或液體輸送開(kāi)關(guān)與靜電噴射噴頭相連的液體儲(chǔ)存和輸運(yùn)裝置，還包括經(jīng)過(guò)電荷產(chǎn)生或注入開(kāi)關(guān)與靜電噴射噴頭相連的電荷產(chǎn)生和注入裝置，還包括位于靜電噴射噴頭下方的噴射基底，其特征在于該靜電噴射系統(tǒng)還包括一個(gè)自動(dòng)反饋控制裝置，該自動(dòng)反饋控制裝置通過(guò)檢測(cè)狀態(tài)參數(shù)中的一種或幾種來(lái)確定對(duì)應(yīng)的靜電噴射狀態(tài)，并通過(guò)調(diào)整輸入?yún)?shù)中的一種或幾種進(jìn)行反饋控制，從而使多射流靜電噴射穩(wěn)定在某個(gè)預(yù)先設(shè)定的噴射狀態(tài)；所述狀態(tài)參數(shù)包括靜電噴射電流、靜電噴射電流大小的穩(wěn)定度、射流數(shù)目、射流角度、射流的空間分布，等等；所述輸入?yún)?shù)包括電荷注入時(shí)所施加的外加電壓或電流、噴射介質(zhì)流量、 電場(chǎng)分布、噴射介質(zhì)種類(lèi)，等等。上述的自動(dòng)化控制多射流靜電噴射系統(tǒng)的控制方法，其特征在于(1)、所檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)及所確定的靜電噴射狀態(tài)為以下一種或幾種(1-1)所檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)為靜電噴射電流，如果電流是一連串連續(xù)的電流脈沖的模式，則對(duì)應(yīng)的靜電噴射模式是單射流靜電噴射模式，其中電流脈沖的周期對(duì)應(yīng)單射流靜電噴射中相鄰液滴的密集程度，電流脈沖的總放電量對(duì)應(yīng)單個(gè)液滴的總帶電量；如果電流是連續(xù)的不會(huì)周期性回到零點(diǎn)的近似直流電流的“準(zhǔn)直流”模式，則對(duì)應(yīng)的靜電噴射模式是多射流靜電噴射模式，其中電流的大小對(duì)應(yīng)多個(gè)射流在單位時(shí)間里所產(chǎn)生的多個(gè)液滴的總帶電量，電流的微小起伏對(duì)應(yīng)這些液滴在和另一端電極撞擊放電時(shí)的統(tǒng)計(jì)漲落，其電流幅度的變化和靜電噴射穩(wěn)定度直接相關(guān)，通常不會(huì)超過(guò)平均值的10%。(1- 所檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)為靜電噴射電流大小的穩(wěn)定度；通過(guò)其來(lái)確定多射流靜電噴射狀態(tài)的穩(wěn)定度；穩(wěn)定的電流大小對(duì)應(yīng)穩(wěn)定的噴射狀態(tài)，如果電流上下波動(dòng)，則意味著靜電噴射狀態(tài)不穩(wěn)定，通常是處在了某個(gè)過(guò)渡狀態(tài)，比如射流數(shù)目在N和(N+1)之間(N為某個(gè)自然數(shù))變化，第(N+1)個(gè)射流的產(chǎn)生不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致電流的相應(yīng)變化。如果電流變化劇烈，則意味著靜電噴射極不穩(wěn)定，很可能是出現(xiàn)了空間電荷放電等情況。(1-3)所檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)為射流數(shù)目、射流角度或射流的空間分布或它們的任意組合，或它們與靜電噴射電流或靜電噴射電流穩(wěn)定度的任意組合。(2)、上述進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的輸入?yún)?shù)為以下一種或幾種進(jìn)行調(diào)整的輸入?yún)?shù)是電荷注入裝置的電流或電壓，來(lái)調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)中的靜電噴射電流；(2- 通過(guò)改變液體輸送裝置的狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)中的靜電噴射電流；(2- 通過(guò)改變電場(chǎng)分布來(lái)調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)中的靜電噴射電流；(2-4)通過(guò)改變所噴射介質(zhì)的性質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)中的靜電噴射電流；一個(gè)典型的實(shí)施方案是利用如圖4所示的多射流靜電噴射模式下電流和射流數(shù)目曲線的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)掃描該關(guān)系曲線，取其中的某個(gè)點(diǎn)以得到某個(gè)特定的射流數(shù)目 (通常取某個(gè)波峰點(diǎn)以得到特定射流數(shù)目的穩(wěn)定噴射狀態(tài))，對(duì)應(yīng)給定的噴射介質(zhì)通常其他狀態(tài)參數(shù)包括射流角度、射流空間分布等等也就隨之確定了。具體實(shí)施時(shí)可以采用如圖 1中所示的反饋回路，以圖4曲線中某個(gè)特定的點(diǎn)作為回路控制目標(biāo)點(diǎn)，由電流檢測(cè)電路提供監(jiān)控信息，通過(guò)改變外加電壓、注入電流、液體流量、電場(chǎng)分布、注入液體性質(zhì)等方式進(jìn)行反饋控制以改變噴射狀態(tài)從而改變噴射電流。(3)、利用上述的控制方式進(jìn)行檢測(cè)及反饋控制對(duì)應(yīng)特定的噴射介質(zhì)其狀態(tài)參數(shù)通常是相互關(guān)聯(lián)的，一旦確定其中之一，其他狀態(tài)參數(shù)也就隨之確定了 ；而控制靜電噴射狀態(tài)的各個(gè)輸入?yún)?shù)通常是相互獨(dú)立的，可以獨(dú)立地改變其中某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)而保持其他參數(shù)不變來(lái)改變噴射狀態(tài)；所以我們可以事先通過(guò)理論計(jì)算或?qū)嶒?yàn)標(biāo)定的方法確定某個(gè)易于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的狀態(tài)參數(shù)，通常為靜電噴射電流，和其他狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系，然后通過(guò)反饋控制調(diào)節(jié)一個(gè)或幾個(gè)輸入?yún)?shù)來(lái)調(diào)節(jié)該狀態(tài)參數(shù)，以同時(shí)達(dá)到改變其他狀態(tài)參數(shù)得到所需的靜電噴射狀態(tài)的目的。判定該狀態(tài)參數(shù)和其他狀態(tài)參數(shù)關(guān)系的特征方法是利用理論推導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)標(biāo)定的關(guān)系曲線圖預(yù)先校準(zhǔn)各狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，然后通過(guò)掃描該關(guān)系曲線圖，依據(jù)算得或測(cè)得的該狀態(tài)參數(shù)來(lái)判定其他狀態(tài)參數(shù)，并利用自動(dòng)反饋控制裝置使之達(dá)到并穩(wěn)定在想要得到的噴射狀態(tài)。(3-1)通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量利用理論和經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出某靜電噴射電流所對(duì)應(yīng)的噴射狀態(tài)，或反之計(jì)算出某噴射狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的靜電噴射電流，從而調(diào)節(jié)反饋控制裝置使之達(dá)到并穩(wěn)定在該數(shù)值附近；計(jì)算中可能需要結(jié)合液體流量、外加電壓等外部給定條件；上述理論和經(jīng)驗(yàn)公式是N = η Ι5Λ(Τ，其中N是靜電噴射的射流數(shù)目，I 是靜電噴射電流大小，Q是液體流量，Π是由噴射液體性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，通常由實(shí)驗(yàn)確定；(3- 通過(guò)以上發(fā)明的幾個(gè)方面中所描述的自動(dòng)控制手段，輔之以人工監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，以得到某個(gè)特定的噴射狀態(tài)。


圖1是含有自動(dòng)反饋控制系統(tǒng)的多射流靜電噴射系統(tǒng)示意圖；圖2是單射流靜電噴射模式和對(duì)應(yīng)的電流模式特征的示意圖；圖3是多射流靜電噴射模式和對(duì)應(yīng)的電流模式特征的示意圖；圖4是多射流靜電噴射中電流和射流數(shù)目關(guān)系的典型曲線示意圖；圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的正面示意圖；圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例中的一個(gè)具體實(shí)施例證中實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電流-電壓關(guān)系曲線.
一入 ，圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例的正面示意圖；圖8是本發(fā)明第三實(shí)施例的正面示意圖；圖9是本發(fā)明第四實(shí)施例的俯視示意圖；圖10是本發(fā)明第五實(shí)施例的俯視示意圖；圖中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)1、噴頭，2、電荷產(chǎn)生和注入裝置，3、液體存儲(chǔ)和輸送裝置，4、自動(dòng)控制裝置，5、噴射基底，6、電荷產(chǎn)生或注入開(kāi)關(guān)，7、液體流量控制裝置或液體輸送開(kāi)關(guān)，8、 用于改變電場(chǎng)分布的外加電極，9、用來(lái)向噴射介質(zhì)中加入添加劑(如電解質(zhì)或表面活性劑或其他介質(zhì)等)以改變噴射介質(zhì)特性的添加劑注入裝置。
具體實(shí)施例方式如圖所示，一個(gè)靜電噴射系統(tǒng)可以包括以下部分或全部裝置一個(gè)靜電噴射噴頭 1，一個(gè)電荷產(chǎn)生和注入裝置2，一個(gè)液體存儲(chǔ)和輸運(yùn)裝置3，一個(gè)自動(dòng)反饋控制裝置4，一個(gè)噴射基底5，一個(gè)控制電荷產(chǎn)生或注入通路的開(kāi)關(guān)6，以及一個(gè)控制液體存儲(chǔ)或輸送通路的開(kāi)關(guān)7，根據(jù)需要還可以加入一個(gè)除激發(fā)靜電噴射用的正負(fù)電極以外的額外的外加電極 8(可以用來(lái)調(diào)節(jié)電場(chǎng)分布等)，一個(gè)添加劑注入裝置9。各裝置之間可以在物理上截然分開(kāi)，也可以沒(méi)有明確的界限；部分裝置可以根據(jù)情況省略；等等。噴頭1的典型形式為管狀，或毛細(xì)管、空腔、具有凸起點(diǎn)的表面或其他可以實(shí)現(xiàn)靜電噴射的形狀。噴射可以限制在一個(gè)特定的噴射腔內(nèi)，腔內(nèi)可以注入特定載氣或使用空氣或抽成真空；也可以沒(méi)有特定的噴射腔限制，其噴射在空氣或載氣中進(jìn)行。電荷產(chǎn)生和注入裝置2通常使用直流高壓電荷或其他可以產(chǎn)生電荷的裝置，其電荷極性可以為正也可以為負(fù)；其中的電荷注入裝置為帶尖端的金屬電極或其他可以將電荷注入液體的裝置，該裝置可以部分或全部與液體相接觸也可以不與液體產(chǎn)生物理接觸(比如產(chǎn)生空間自由電荷后直接注入到液體內(nèi))。液體存儲(chǔ)和輸送裝置3的形式為儲(chǔ)液容器、注射泵、連通器及其他可以實(shí)現(xiàn)液體存儲(chǔ)和輸送的裝置，可以對(duì)該液體提供外加壓力(如注射泵)也可以不提供壓力而是利用連通器原理(如連通器)或其他方式(如單純依靠靜電力激發(fā)噴射)實(shí)現(xiàn)液體輸送，可以帶有液體流量控制和測(cè)量裝置如閥門(mén)、流量計(jì)等，也可以不帶有此類(lèi)裝置。自動(dòng)反饋控制裝置4是通過(guò)反饋控制來(lái)改變噴射狀態(tài)以達(dá)到預(yù)期目的的裝置，通過(guò)檢測(cè)狀態(tài)參數(shù)中的一種或幾種來(lái)確定對(duì)應(yīng)的靜電噴射狀態(tài)，并通過(guò)調(diào)整輸入?yún)?shù)中的一種或幾種進(jìn)行反饋控制，從而使多射流靜電噴射穩(wěn)定在某個(gè)預(yù)先設(shè)定的噴射狀態(tài)；所述狀態(tài)參數(shù)包括靜電噴射電流、靜電噴射電流大小的穩(wěn)定度、射流數(shù)目、射流角度、射流的空間分布；所述輸入?yún)?shù)包括電荷注入時(shí)所施加的外加電壓或電流、噴射介質(zhì)流量、電場(chǎng)分布、噴射介質(zhì)種類(lèi)。噴射基底5可以有平面、球面或其他形狀，可以是裝有空氣或載氣的空腔，可以是特定的液體(如油類(lèi)或水溶液)，也可以是無(wú)機(jī)物或有機(jī)物固體(如硅片、玻璃、金屬、有機(jī)物薄膜、塑料、紙張、食物、包裹、皮膚，等等)。根據(jù)具體應(yīng)用需要，收集裝置可以加上特定的電壓、溫度、氣壓等控制，也可以不加。電荷產(chǎn)生或注入開(kāi)關(guān)6(可以有也可以沒(méi)有)，用于控制電荷產(chǎn)生或者注入的通斷。液體流量控制裝置或液體輸送開(kāi)關(guān)7 (可以有也可以沒(méi)有)，用于控制液體輸送的流量或通斷。外加電極8，是除了用于激發(fā)靜電噴射的正負(fù)電極以外另加的電極，通常用于改變電場(chǎng)分布，其大小、極性和相對(duì)于已有電極的位置、相對(duì)于噴頭或基底的位置等都可以根據(jù)需要加以調(diào)節(jié)。添加劑注入裝置9，用來(lái)向噴射介質(zhì)中加入各種添加劑以改變其特性，包括其他介質(zhì)、電解質(zhì)和表面活性劑等。幾種不同的通過(guò)反饋控制改變噴射狀態(tài)(從而同時(shí)改變噴射電流，其效果可以從噴射電流的改變來(lái)監(jiān)測(cè))的方法，可以單獨(dú)使用也可以綜合使用(1)改變外加電壓或注入電流的大小，如圖5所示的本發(fā)明第一實(shí)施例所示；( 改變所噴射液體的流量，如圖7所示的本發(fā)明第二實(shí)施例所示；C3)改變電場(chǎng)分布，比如可以改變靜電噴射噴頭和基底的相對(duì)位置，如圖8所示的本發(fā)明第三實(shí)施例所示；(4)改變電場(chǎng)分布，比如添加外加電極(可以施加與已有的正負(fù)電極相同或不同的電壓，也可以不施加)，然后改變其電壓大小、極性或與已有的正負(fù)電極的相對(duì)位置來(lái)改變電場(chǎng)分布從而控制靜電噴射，如圖9所示的本發(fā)明第四實(shí)施例所示；( 改變所噴射介質(zhì)的性質(zhì)，比如向介質(zhì)中加入電解質(zhì)以改變其電導(dǎo)率從而控制靜電噴射，或者向介質(zhì)中加入表面活性劑以改變其表面張力系數(shù)從而控制靜電噴射，或者向介質(zhì)中加入其他介質(zhì)以改變其他特性(比如介電常數(shù)等)，如圖10所示的本發(fā)明第五實(shí)施例所示。實(shí)施例之一如圖5所示，使用自動(dòng)反饋控制裝置來(lái)改變注入電流的大小或外加電壓的大小， 以直接改變噴射電流，達(dá)到如圖4所示的曲線中的某個(gè)特定的噴射狀態(tài)點(diǎn)。附圖6給出了一個(gè)具體實(shí)施例證中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，其中所噴射液體為異丙醇，噴頭到基底的距離為3厘米，異丙醇流量為10微升/分鐘，實(shí)驗(yàn)中直接改變外加電壓的大小(從0到8000伏)，檢測(cè)到的靜電噴射電流和外加電壓的關(guān)系如圖6所示，圖中曲線上的數(shù)字標(biāo)明了該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的射流數(shù)目。這里的電流-射流數(shù)關(guān)系也符合N= η Ι5、—1公式，其中N是靜電噴射的射流數(shù)目，I是靜電噴射電流，Q是液體流量，Π是由噴射液體性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)。對(duì)于其他液體也可以得到類(lèi)似的電流-電壓曲線關(guān)系。實(shí)用中可以先標(biāo)定如圖4所示的電流-射流數(shù)目曲線，然后通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)如圖6所示的電流-電壓曲線來(lái)方便地調(diào)節(jié)靜電噴射狀態(tài)。實(shí)施例之二 如圖7所示，使用自動(dòng)反饋控制裝置來(lái)改變液體流量的大小，以間接改變噴射電流，達(dá)到如圖4所示的曲線中的某個(gè)特定的噴射狀態(tài)點(diǎn)。實(shí)施例之三如圖8所示，使用自動(dòng)反饋控制裝置來(lái)改變基底和噴頭的相對(duì)位置，以改變電場(chǎng)分布，并間接改變噴射電流，達(dá)到如圖4所示的曲線中的某個(gè)特定的噴射狀態(tài)點(diǎn)。實(shí)施例之四如圖9所示，使用自動(dòng)反饋控制裝置來(lái)改變外加電極的大小或極性(也可以改變其相對(duì)噴頭或基底的相對(duì)位置)，以改變電場(chǎng)分布，并間接改變噴射電流，達(dá)到如圖4所示的曲線中的某個(gè)特定的噴射狀態(tài)點(diǎn)。實(shí)施例之五如圖10所示，使用自動(dòng)反饋控制裝置來(lái)向噴射介質(zhì)中加入添加劑并控制其添加的數(shù)量或速率，以改變所噴射介質(zhì)的性質(zhì)(比如介電常數(shù)、電導(dǎo)率、表面張力系數(shù)，等等)， 并間接改變噴射電流，達(dá)到如圖4所示的曲線中的某個(gè)特定的噴射狀態(tài)點(diǎn)。本發(fā)明可以應(yīng)用于靜電噴射所有已知的和待擴(kuò)展的應(yīng)用的各個(gè)方面，包括但不限于打印機(jī)，電子電路印刷，聚合物電路印刷，顯示屏印刷，集成電路印刷，組織工程，霧化器，電離器，質(zhì)譜儀用帶電粒子分離，無(wú)掩膜光刻，納米材料和納米結(jié)構(gòu)制備，介觀材料 (metamaterial)制備，等等。以上應(yīng)用均應(yīng)構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)化控制多射流靜電噴射系統(tǒng)，包括靜電噴射噴頭(1)以及通過(guò)液體流量控制裝置或液體輸送開(kāi)關(guān)(7)與靜電噴射噴頭(1)相連的液體儲(chǔ)存和輸運(yùn)裝置(3)，還包括經(jīng)過(guò)電荷產(chǎn)生或注入開(kāi)關(guān)(6)與靜電噴射噴頭(1)相連的電荷產(chǎn)生和注入裝置O)，還包括位于靜電噴射噴頭(1)下方的噴射基底(5)，其特征在于該靜電噴射系統(tǒng)還包括一個(gè)自動(dòng)反饋控制裝置G)，該自動(dòng)反饋控制裝置(4)通過(guò)檢測(cè)狀態(tài)參數(shù)中的一種或幾種來(lái)確定對(duì)應(yīng)的靜電噴射狀態(tài)，并通過(guò)調(diào)整輸入?yún)?shù)中的一種或幾種進(jìn)行反饋控制，從而使多射流靜電噴射穩(wěn)定在某個(gè)預(yù)先設(shè)定的噴射狀態(tài)；所述狀態(tài)參數(shù)包括靜電噴射電流、靜電噴射電流大小的穩(wěn)定度、射流數(shù)目、射流角度、射流的空間分布；所述輸入?yún)?shù)包括電荷注入時(shí)所施加的外加電壓或電流、噴射介質(zhì)流量、電場(chǎng)分布、 噴射介質(zhì)種類(lèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化控制多射流靜電噴射系統(tǒng)的控制方法，其特征在于(1)所檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)及所確定的靜電噴射狀態(tài)為以下一種或幾種 (1-1)所檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)為靜電噴射電流；如果電流是一連串連續(xù)的電流脈沖的模式，則對(duì)應(yīng)的靜電噴射模式是單射流靜電噴射模式，其中電流脈沖的周期對(duì)應(yīng)單射流靜電噴射中相鄰液滴的密集程度，電流脈沖的總放電量對(duì)應(yīng)單個(gè)液滴的總帶電量；如果電流是連續(xù)的不會(huì)周期性回到零點(diǎn)的近似直流電流的“準(zhǔn)直流”模式，則對(duì)應(yīng)的靜電噴射模式是多射流靜電噴射模式，其中電流的大小對(duì)應(yīng)多個(gè)射流在單位時(shí)間里所產(chǎn)生的多個(gè)液滴的總帶電量，電流的微小起伏對(duì)應(yīng)這些液滴在和另一端電極撞擊放電時(shí)的統(tǒng)計(jì)漲落，其電流幅度的變化和靜電噴射穩(wěn)定度直接相關(guān)，通常不會(huì)超過(guò)平均值的10% ； (1-2)所檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)為靜電噴射電流大小的穩(wěn)定度； 通過(guò)其來(lái)確定多射流靜電噴射狀態(tài)的穩(wěn)定度；穩(wěn)定的電流大小對(duì)應(yīng)穩(wěn)定的噴射狀態(tài)，如果電流上下波動(dòng)，則意味著靜電噴射狀態(tài)不穩(wěn)定，通常是處在了某個(gè)過(guò)渡狀態(tài)；(1-3)所檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)為射流數(shù)目、射流角度或射流的空間分布或它們的任意組合， 或它們與靜電噴射電流或靜電噴射電流穩(wěn)定度的任意組合；(2)所述進(jìn)行調(diào)整的輸入?yún)?shù)為以下一種或幾種(2-1)進(jìn)行調(diào)整的輸入?yún)?shù)是電荷注入裝置的電流或電壓，來(lái)調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)中的靜電噴射電流；(2-2)通過(guò)改變液體輸送裝置的狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)中的靜電噴射電流；(2-3)通過(guò)改變電場(chǎng)分布來(lái)調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)中的靜電噴射電流；(2-4)通過(guò)改變所噴射介質(zhì)的性質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)狀態(tài)參數(shù)中的靜電噴射電流；(3)利用步驟(1)和O)中的方式進(jìn)行檢測(cè)及反饋控制對(duì)應(yīng)特定的噴射介質(zhì)其狀態(tài)參數(shù)通常是相互關(guān)聯(lián)的，一旦確定其中之一，其他狀態(tài)參數(shù)也就隨之確定了 ；而控制靜電噴射狀態(tài)的各個(gè)輸入?yún)?shù)通常是相互獨(dú)立的，可以獨(dú)立地改變其中某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)而保持其他參數(shù)不變來(lái)改變噴射狀態(tài)；所以我們可以事先通過(guò)理論計(jì)算或?qū)嶒?yàn)標(biāo)定的方法確定某個(gè)易于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的狀態(tài)參數(shù)，通常為靜電噴射電流，和其他狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系，然后通過(guò)反饋控制調(diào)節(jié)一個(gè)或幾個(gè)輸入?yún)?shù)來(lái)調(diào)節(jié)該狀態(tài)參數(shù)，以同時(shí)達(dá)到改變其他狀態(tài)參數(shù)得到所需的靜電噴射狀態(tài)的目的；判定該狀態(tài)參數(shù)和其他狀態(tài)參數(shù)關(guān)系的特征方法是利用理論推導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)標(biāo)定的關(guān)系曲線圖預(yù)先校準(zhǔn)各狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，然后通過(guò)掃描該關(guān)系曲線圖，依據(jù)算得或測(cè)得的該狀態(tài)參數(shù)來(lái)判定其他狀態(tài)參數(shù)，并利用自動(dòng)反饋控制裝置使之達(dá)到并穩(wěn)定在想要得到的噴射狀態(tài)；(3-1)通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量利用理論和經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出某靜電噴射電流所對(duì)應(yīng)的噴射狀態(tài)， 或反之計(jì)算出某噴射狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的靜電噴射電流，從而調(diào)節(jié)反饋控制裝置使之達(dá)到并穩(wěn)定在該數(shù)值附近；計(jì)算中可能需要結(jié)合液體流量、外加電壓等外部給定條件；上述理論和經(jīng)驗(yàn)公式是N = η Ι5Λ(Τ，其中N是靜電噴射的射流數(shù)目，I是靜電噴射電流大小，Q是液體流量，Π是由噴射液體性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，通常由實(shí)驗(yàn)確定；(3-2)通過(guò)⑴和⑵中所描述的自動(dòng)控制手段，輔之以人工監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，以得到某個(gè)特定的噴射狀態(tài)。
全文摘要
一種自動(dòng)化控制多射流靜電噴射系統(tǒng)及其控制方法，屬于靜電噴射技術(shù)領(lǐng)域。特征在于靜電噴射系統(tǒng)中除噴頭(1)、電荷產(chǎn)生和注入裝置(2)、液體儲(chǔ)存和輸送裝置(3)、噴射基底(5)、電荷產(chǎn)生或注入開(kāi)關(guān)(6)、液體流量控制裝置或液體輸送開(kāi)關(guān)(7)等裝置之外，還包括一個(gè)自動(dòng)反饋控制裝置(4)，該自動(dòng)反饋控制裝置通過(guò)檢測(cè)靜電噴射電流的變化來(lái)確定對(duì)應(yīng)的靜電噴射狀態(tài)(該噴射狀態(tài)可以包括特定的噴射電流數(shù)值、射流數(shù)目、射流角度、射流空間分布，等等)，并通過(guò)調(diào)整電荷注入、液體流量、電場(chǎng)分布、噴射介質(zhì)特性等方式進(jìn)行反饋控制，從而使多射流靜電噴射穩(wěn)定在某個(gè)預(yù)先設(shè)定的噴射狀態(tài)。本發(fā)明可用于工業(yè)或?qū)嶒?yàn)用的多射流靜電噴射系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，具有方便實(shí)用、精確可靠的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B05B5/00GK102284390SQ20111022574
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者顧文華 申請(qǐng)人:顧文華