專利名稱：基于泵腔液體壓力檢測的智能型壓電疊堆泵的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于微流體傳輸與控制領域應用的微小型壓電液壓泵，具體涉及一種基于泵腔液體壓力檢測的智能型壓電疊堆泵。
背景技術：
利用壓電疊堆在電場作用下產(chǎn)生的伸縮變形，人們提出了多種結(jié)構(gòu)的疊堆型壓電液壓泵，簡稱壓電疊堆泵，如中國專利200810050240. 7、中國專利200810064461. X及中國專利200910146813. O等。同傳統(tǒng)的機械式液壓泵相比，壓電疊堆泵具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無電磁干擾、流量及壓力可控性好等諸多優(yōu)勢，因此在醫(yī)療、化學分析、航空航天、汽車發(fā)動機燃料供給、微機電液系統(tǒng)等方面具有廣泛的應用前景。因壓電疊堆泵每個工作周期輸出的流體量即為泵腔的容積變化量，故可實現(xiàn)精量流體輸送，但實際應用中由于流體粘度及 輸出壓力變化都直接影響壓電疊堆的變形量，從而影響泵輸出流量的準確性。因此，在藥品輸送、微型精密液壓驅(qū)動系統(tǒng)等精密的微量流體輸送與控制應用中還需采用額外的流量及壓力測量儀器進行實時監(jiān)測，這不僅增加了系統(tǒng)使用成本，也增加了系統(tǒng)的體積和復雜程度，嚴重地阻礙了壓電疊堆泵在微機電系統(tǒng)及便攜類產(chǎn)品中的推廣應用。
發(fā)明內(nèi)容為提高壓電疊堆泵的輸出精度和可控性、降低系統(tǒng)的體積和使用成本，本實用新型提出一種基于泵腔液體壓力檢測的智能型壓電疊堆泵，無需額外的壓力及流量測量儀器即可實現(xiàn)壓電泵輸出性能的在線監(jiān)測。本實用新型采取的技術方案是壓電疊堆驅(qū)動器安裝于泵體內(nèi)，所述泵體的一端安裝有擰緊螺釘，擰緊螺釘通過防扭擋片將壓電疊堆驅(qū)動器擠壓在頂塊上；所述頂塊通過螺釘與泵腔隔膜及活塞連接，泵腔隔膜通過螺釘與泵體及泵蓋連接；所述泵蓋上安裝有進、出口閥，泵蓋上還通過壓環(huán)和螺釘固定有壓電傳感器，所述壓電傳感器由金屬片和壓電片片粘接而成；活塞以及安裝于所述活塞上的密封圈、泵蓋、壓電傳感器、進口閥及出口閥共同構(gòu)成泵腔；所述壓電疊堆驅(qū)動器和壓電傳感器分別通過導線組一和導線組二與控制電源相連?？刂齐娫撮_啟后、且輸出電壓由O增加到Vtl的過程中，壓電疊堆驅(qū)動器用開始伸長，并推動頂塊、泵腔隔膜及活塞運動，泵腔容積減小、流體壓力增加，進而使出口閥開啟、進口閥關閉，泵腔內(nèi)的流體經(jīng)出口閥排出。同時，泵腔內(nèi)不斷增加的流體壓力使壓電傳感器產(chǎn)生彎曲變形，進而將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成電能，壓電傳感器的輸出電壓開始增加；當壓電疊堆驅(qū)動器變形量達到最大、即泵腔容積達到最小時，壓電傳感器的輸出電壓增加到vg。當控制電源的輸出電壓換向后，即電壓由Vtl降低到O的過程中，壓電疊堆驅(qū)動器在泵腔隔膜的作用下開始收縮，致使泵腔容積增加、流體壓力降低，從而是出口閥關閉、進口閥開啟，流體由進口閥進入泵腔。與此同時，壓電傳感器因所受流體作用力減小而產(chǎn)生反方向變形、輸出電壓開始減??；當控制電源的輸出電壓降至O時，壓電疊堆驅(qū)動器的受力狀態(tài)、活塞的位置均恢復至初始狀態(tài)，至此完成一個工作循環(huán)，此時壓電傳感器的輸出電壓降至-vg。在本實用新型中，傳感器輸出電壓經(jīng)導線組二與控制電源相連，并被轉(zhuǎn)換成流體壓力信號P = kjvj和流量信號Q = k2|vg|，其中ki、k2分別為壓電泵輸出壓力及流量的標定系數(shù)。本實用新型特點及優(yōu)勢在于直接利用置于泵腔內(nèi)部的壓電傳感器檢測流體壓力信號，并將其轉(zhuǎn)換成壓電泵的輸出壓力及流量信號，無需其它的壓力及流量測量儀器即在線監(jiān)測壓電泵的輸出性能，易于獲得精確的輸出流量與壓力控制。

圖I是本實用新型一個較佳實施例中壓電疊堆泵排出流體時的結(jié)構(gòu)剖示圖；圖2是圖I的A-A剖視圖； 圖3是本實用新型一個較佳實施例中壓電疊堆泵吸入流體后的結(jié)構(gòu)剖示圖；圖4是本實用新型一個較佳實施例中壓電疊堆泵輸入電壓波形；圖5是本實用新型一個較佳實施例中傳感器的輸出電壓波形。
具體實施方式
在本實用新型中，壓電疊堆驅(qū)動器15安裝于泵體14內(nèi)部，所述泵體14的一端安裝有擰緊螺釘17，擰緊螺釘17通過防扭擋片16將壓電疊堆驅(qū)動器15擠壓在頂塊13上；所述頂塊13通過螺釘12與泵腔隔膜10及活塞8連接，泵腔隔膜10通過螺釘11與泵體14及泵蓋I連接；所述泵蓋I上安裝有進口閥2和出口閥6，泵蓋I上還通過壓環(huán)3和螺釘5固定有壓電傳感器4 ;所述壓電傳感器4由金屬片401和壓電片402片粘接而成；活塞8以及安裝于所述活塞8上的密封圈9、泵蓋I、壓電傳感器4、進口閥2、及出口閥6共同構(gòu)成泵腔7 ;所述壓電疊堆驅(qū)動器15和壓電傳感器4分別通過導線組一 18和導線組二 20與控制電源19相連。如圖I、圖4、圖5所示，控制電源19開啟后、且輸出電壓由O增加到Vtl的過程中，壓電疊堆驅(qū)動器15便開始伸長，并推動頂塊13、泵腔隔膜10及活塞8向右運動，泵腔7的容積減小、流體壓力增加，進而使出口閥6開啟、進口閥2關閉，泵腔7內(nèi)的流體經(jīng)出口閥6排出。同時，泵腔7內(nèi)不斷增加的流體壓力使壓電傳感器4產(chǎn)生向右的彎曲變形，進而將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成電能，壓電傳感器4的輸出電壓開始增加；當壓電疊堆驅(qū)動器15變形量達到最大、即泵腔7的容積達到最小時，壓電傳感器4的輸出電壓增加到Vg。如圖3、圖4、圖5所示，當控制電源19的輸出電壓換向后，即電壓由Vtl降低到O的過程中，壓電疊堆驅(qū)動器15在泵腔隔膜10的作用下開始收縮，致使泵腔7的容積增加、流體壓力降低，從而是出口閥6關閉、進口閥2開啟，流體由進口閥2進入泵腔7。與此同時，壓電傳感器4因所受流體作用力減小而產(chǎn)生反方向變形、輸出電壓開始減?。划斂刂齐娫?9的輸出電壓降至O時，壓電疊堆驅(qū)動器15的受力狀態(tài)、活塞8的位置均恢復至初始狀態(tài)，至此完成一個工作循環(huán)，此時壓電傳感器4的輸出電壓降至_Vg。在本實用新型中，傳感器4的輸出電壓經(jīng)導線組二 20與控制電源19相連，并被轉(zhuǎn)換成流體壓力信號P = kJVg|和流量信號Q = k2| VgI，其中ki、k2分別為壓電泵輸出壓力及流量的標定系數(shù)。
權利要求1.基于泵腔液體壓力檢測的智能型壓電疊堆泵，其特征在于壓電疊堆驅(qū)動器安裝于泵體內(nèi)，所述泵體的一端安裝有擰緊螺釘，擰緊螺釘通過防扭擋片將壓電疊堆驅(qū)動器擠壓在頂塊上；所述頂塊通過螺釘與泵腔隔膜及活塞連接，泵腔隔膜通過螺釘與泵體及泵蓋連接；所述泵蓋上安裝有進、出口閥，泵蓋上還通過壓環(huán)和螺釘固定有壓電傳感器，所述壓電傳感器由金屬片和壓電片片粘接而成；活塞以及安裝于所述活塞上的密封圈、泵蓋、壓電傳感器、進口閥及出口閥共同構(gòu)成泵腔；所述壓電疊堆驅(qū)動器和壓電傳感器分別通過導線組一和導線組二與控制電源相連。
專利摘要本實用新型涉及一種基于泵腔液體壓力檢測的智能型壓電疊堆泵，屬于微流體傳輸與控制領域。壓電疊堆驅(qū)動器安裝于泵體內(nèi)，泵體的一端安裝有擰緊螺釘，擰緊螺釘通過防扭擋片將壓電疊堆驅(qū)動器擠壓在頂塊上；頂塊通過螺釘與泵腔隔膜及活塞連接，泵腔隔膜通過螺釘與泵體及泵蓋連接；泵蓋上安裝有進、出口閥，泵蓋上還通過壓環(huán)和螺釘固定有壓電傳感器，所述壓電傳感器由金屬片和壓電片片粘接而成；活塞以及安裝于所述活塞上的密封圈、泵蓋、壓電傳感器、進口閥及出口閥共同構(gòu)成泵腔；壓電疊堆驅(qū)動器和壓電傳感器分別通過導線組一和導線組二與控制電源相連。優(yōu)勢利用置于泵腔內(nèi)部的壓電傳感器檢測泵的壓力及流量，可實現(xiàn)精確的輸出流量與壓力控制。
文檔編號F04B43/04GK202673640SQ20122027497
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權日2012年6月6日
發(fā)明者李勝杰, 闞君武, 張忠華, 沈黃橋, 程光明, 桂朋 申請人:浙江師范大學