一種壓電致振式微流體泵送裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種壓電致振式微流體泵送裝置，可以克服已有微流體泵送裝置的不足，提高裝置的輸出特性。本發(fā)明壓電致振式微流體泵送裝置包括：壓蓋、進(jìn)水孔、控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、出水孔、悶蓋和連接螺栓。控制部分包括進(jìn)水控制閥、出水控制閥、控制閥座、控制閥腔、支撐體和分隔膜。驅(qū)動(dòng)部分包括泵送振子、泵送腔、支撐體、分隔膜和密封圈。壓蓋和悶蓋與支撐體之間通過連接螺栓固定連接，泵送振子與支撐體之間墊有密封圈，分隔膜為低彈性模量的硅膠膜，并粘貼在泵送振子上。與已有微流體輸送裝置相比，本發(fā)明在工作時(shí)無流體倒流現(xiàn)象和驅(qū)動(dòng)力損失，可提高裝置的輸出性能和在高頻時(shí)本發(fā)明的流量保持性較好，且能實(shí)現(xiàn)流體的雙向泵送。
【專利說明】一種壓電致振式微流體泵送裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種壓電致振式微流體泵送裝置，屬于微小型機(jī)電液系統(tǒng)領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
近年來，微流體系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)因其無電磁干擾、結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)特性好以及便于精確控制等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視。國內(nèi)微流體驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)起步較晚，早期只有清華大學(xué)和吉林大學(xué)等幾個(gè)研究單位對其進(jìn)行研究，其中清華大學(xué)在微流量系統(tǒng)和微型泵方面做了大量的研究工作，吉林大學(xué)壓電驅(qū)動(dòng)與控制研究室1998年在國內(nèi)首先報(bào)道了關(guān)于錐管式無閥壓電泵的研究，之后又研發(fā)出最小分辨流量微升級(jí)可用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域的微型壓電泵，以及流量每分鐘上千毫升、可用于計(jì)算機(jī)CPU水冷的系列化微型壓電泵。
[0003]隨著壓電驅(qū)動(dòng)器的不斷發(fā)展，從壓電材料薄膜到圓片形壓電驅(qū)動(dòng)器再到壓電疊堆，壓電驅(qū)動(dòng)器的種類得到了不斷的發(fā)展與更新，基于不同壓電驅(qū)動(dòng)器、不同機(jī)械結(jié)構(gòu)和不同工作方式的微流體泵送裝置均有廣泛的報(bào)道。但主要是圍繞被動(dòng)式微流體輸送裝置的研究，主動(dòng)控制式的研究相對較少。
[0004]如圖1為一種有閥壓電源微流體輸送裝置，其組成包括殼體1、工作腔2、進(jìn)水口
3、單向閥4和5、排水口 6、壓電振子7和固定環(huán)8。在流體的進(jìn)水孔和出水孔處分別安裝了方向不同的單向截止閥，壓電振子采用單晶片壓電振子。該裝置正常工作時(shí)，由于單向被動(dòng)截止閥存在滯后性，在進(jìn)水孔和出水孔處都會(huì)出現(xiàn)流體倒流現(xiàn)象，導(dǎo)致壓電振子的驅(qū)動(dòng)力會(huì)有一定損失，泵送流體的流量相對較小，進(jìn)而影響其工作性能和工作效率?；谏鲜霾蛔?，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種壓電致振式微流體泵送裝置，通過主動(dòng)控制流體進(jìn)出的工作過程，能夠提高微流體泵送裝置的輸出特性。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明提供一種壓電致振式微流體輸送裝置，其組成包括:壓蓋6、進(jìn)水孔2、進(jìn)水控制部分1、驅(qū)動(dòng)部分4、出水控制部分8、出水孔5、悶蓋7和連接螺栓3。進(jìn)水控制部分I由進(jìn)水控制閥105、控制閥座104、控制閥腔103、支撐體102和分隔膜101組成；出水控制部分8由出水控制閥804、控制閥座805、控制閥腔802、支撐體801和分隔膜803組成；驅(qū)動(dòng)部分4由泵送振子405、密封圈402、分隔膜403、支撐體401和泵送腔404組成。壓蓋6和悶蓋7與支撐體102之間通過連接螺栓3固定連接，泵送振子405與支撐體401之間墊有密封圈402，分隔膜403為低彈性模量的硅膠膜，粘貼在泵送振子405上。與已有微流體輸送裝置相比，本發(fā)明在正常工作時(shí)無流體倒流現(xiàn)象和驅(qū)動(dòng)力損失，可提高微流體泵送裝置的輸出性能和在高頻時(shí)本發(fā)明的流量保持性較好，且當(dāng)兩路控制信號(hào)的極性反接時(shí)，能實(shí)現(xiàn)流體的反向泵送。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得頻率為70Hz時(shí)，本發(fā)明壓電致振式微流體泵送裝置的最大輸出流量為 140ml/min。
[0006]本發(fā)明的工作原理如下:當(dāng)給進(jìn)水控制閥105施加打開的高電平方波控制信號(hào)，出水控制閥804施加關(guān)閉的低電平方波控制信號(hào)，同時(shí)泵送振子405施加向外側(cè)運(yùn)動(dòng)的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，此時(shí)泵送腔404內(nèi)容積增大，實(shí)現(xiàn)流體的泵入過程；當(dāng)給進(jìn)水控制閥105施加關(guān)閉的低電平方波控制信號(hào)，出水控制閥804施加打開的高電平方波控制信號(hào)，同時(shí)泵送振子405施加向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，此時(shí)泵送腔404內(nèi)容積減小，實(shí)現(xiàn)流體的泵出過程。如此重復(fù)上訴動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)流體的連續(xù)泵送。
[0007]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是一種有閥壓電源微流體輸送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明壓電致振式微流體泵送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2中進(jìn)水控制部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖2中出水控制部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖2中泵送振子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]【具體實(shí)施方式】:
【具體實(shí)施方式】1，參照圖2，本發(fā)明所涉及的一種壓電致振式微流體泵送裝置由壓蓋6、進(jìn)水孔2、進(jìn)水控制部分1、驅(qū)動(dòng)部分4、出水控制部分8、出水孔5、悶蓋7和連接螺栓3組成。壓蓋6和悶蓋7與支撐體102通過連接螺栓3固定連接，其中螺栓和螺母為標(biāo)準(zhǔn)件。工作時(shí)液體由進(jìn)水孔2流入裝置，經(jīng)過進(jìn)水控制部分1、驅(qū)動(dòng)部分4和出水控制部分8流出出水孔5，完成流體的整個(gè)流動(dòng)過程。進(jìn)水孔2與進(jìn)水管固定連接，完成液體由外部流入泵送裝置的過程；出水孔5與出水管固定連接，完成液體由泵送裝置流出外部的過程。
[0009]【具體實(shí)施方式】2，參照圖3和圖4，本發(fā)明所涉及的一種壓電致振式微流體泵送裝置，其控制部分包括進(jìn)水控制部分I和出水控制部分8。進(jìn)水控制部分I為液體流入泵送裝置的控制部分，包括進(jìn)水控制閥105、控制閥座104、控制閥腔103、支撐體102和分隔膜101。進(jìn)水控制閥105和控制閥座104之間為控制閥腔103，用于液體進(jìn)入裝置的流動(dòng)通道。出水控制部分8為液體流出泵送裝置的控制部分，包括出水控制閥804、控制閥座805、控制閥腔802、支撐體801和分隔膜803。出水控制閥804和控制閥座805之間為控制閥腔802，用于液體流出裝置的流動(dòng)通道。進(jìn)水控制閥105和出水控制閥804由壓電振子和金屬基板組成，壓電振子的材料為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，金屬基板的材料為鈹青銅，壓電振子用環(huán)氧雙組份金屬專用膠粘貼在金屬基板的兩側(cè)。分隔膜101為低彈性模量的硅膠膜，用環(huán)氧雙組份金屬專用膠粘貼在金屬基板上。進(jìn)水控制閥105和出水控制閥804的控制方式采用方波電壓控制信號(hào)，電壓相位差為180度，且當(dāng)進(jìn)水控制閥105和出水控制閥805的方波控制信號(hào)的極性反接時(shí)可實(shí)現(xiàn)流體的反向泵送。
[0010]【具體實(shí)施方式】3，參照圖5，本發(fā)明所涉及的一種壓電致振式微流體泵送裝置，其驅(qū)動(dòng)部分4包括泵送振子405、密封圈402、分隔膜403、支撐體401和泵送腔404。泵送振子405由壓電振子和金屬基板組成，壓電振子的材料為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，金屬基板的材料為鈹青銅，壓電振子用環(huán)氧雙組份金屬專用膠粘貼在金屬基板的兩側(cè)。泵送振子405和支撐體401之間為泵送腔404，當(dāng)給泵送振子405施加正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，泵送腔404的容積大小交替變化，形成對液體的驅(qū)動(dòng)力，使液體能夠根據(jù)要求做定向流動(dòng)。泵送振子405與支撐體401之間墊有密封圈402，以防止液體滲漏。分隔膜101為低彈性模量的硅膠膜，用環(huán)氧雙組份金屬專用膠粘貼在金屬基板上。驅(qū)動(dòng)部分4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用正弦波電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，正向泵送時(shí)進(jìn)水控制閥105和泵送振子405的電壓相位差為70度，反向泵送時(shí)進(jìn)水控制閥105和泵送振子405的電壓相位差為250度。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電致振式微流體泵送裝置由壓蓋(6)、進(jìn)水孔(2)、進(jìn)水控制部分(I)、驅(qū)動(dòng)部分(4)、出水控制部分(8)、出水孔(5)、悶蓋(7)和連接螺栓(3)組成，泵送裝置的支撐體(102)在壓蓋(6)和悶蓋(7)之間，四周通過連接螺栓(3)固定連接，工作時(shí)液體由進(jìn)水孔(2)流入裝置，經(jīng)過進(jìn)水控制部分(I)、驅(qū)動(dòng)部分(4)和出水控制部分(8)流出出水孔(5)，完成流體的整個(gè)流動(dòng)過程，進(jìn)水孔(2)與進(jìn)水管固定連接，完成液體由外部流入泵送裝置的過程，出水孔(5)與出水管固定連接，完成液體由泵送裝置流出外部的過程，進(jìn)水控制部分(I)和出水控制部分(8)完成液體流入和流出的控制，驅(qū)動(dòng)部分(4)產(chǎn)生流體泵送的驅(qū)動(dòng)力，通過施加高低電平的控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得進(jìn)水控制閥(105)和出水控制閥(804)主動(dòng)的打開和關(guān)閉，壓電泵送振子(405)周期性的向內(nèi)和向外運(yùn)動(dòng)，泵送腔(404)的容積產(chǎn)生時(shí)大時(shí)小的周期性變化，形成對液體的泵送能力，使得液體按照工作要求做定向流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電致振式微流體泵送裝置，其特征在于進(jìn)水控制部分(I)和出水控制部分(8)，進(jìn)水控制部分(I)為液體流入泵送裝置的控制部分，包括進(jìn)水控制閥(105)、控制閥座(104)、控制閥腔(103)、支撐體(102)和分隔膜(101)，進(jìn)水控制閥(105)和控制閥座(104)之間為控制閥腔(103)，用于液體進(jìn)入裝置的流動(dòng)通道，出水控制部分(8)為液體流出泵送裝置的控制部分，包括出水控制閥(804)、控制閥座(805)、控制閥腔(802)、支撐體(801)和分隔膜(803)，出水控制閥(804)和控制閥座(805)之間為控制閥腔(802)，用于液體流出裝置的流動(dòng)通道，進(jìn)水控制閥(105)和出水控制閥(804)由壓電振子和金屬基板組成，其中壓電振子的材料為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，金屬基板的材料為鈹青銅，壓電振子用環(huán)氧雙組份金屬專用膠粘貼在金屬基板的兩側(cè)，分隔膜(101)為低彈性模量的硅膠膜，用環(huán)氧雙組份金屬專用膠粘貼在金屬基板上，進(jìn)水控制閥(105)和出水控制閥(804)的控制方式采用方波電壓控制信號(hào)，且電壓相位差為180度，通過在進(jìn)水控制閥(105)和出水控制閥(104)上施加方波控制信號(hào)，能使其主動(dòng)開啟和閉合，主動(dòng)的完成了液體的流入和泵出過程，有效的遏制液體回流現(xiàn)象和降低驅(qū)動(dòng)力損失，且當(dāng)進(jìn)水控制閥(105)和出水控制閥(805)的方波控制信號(hào)的極性反接時(shí)可實(shí)現(xiàn)流體的雙向泵送。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電致振式微流體泵送裝置，其特征在于驅(qū)動(dòng)部分(4)，包括泵送振子(405)、密封圈(402)、分隔膜(403)、支撐體(401)和泵送腔(404)，泵送振子(405)由壓電振子和金屬基板組成，其中壓電振子的材料為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，金屬基板的材料為鈹青銅，壓電振子用環(huán)氧雙組份金屬專用膠粘貼在金屬基板的兩側(cè)，泵送振子(405)和支撐體(401)之間為泵送腔(404)，當(dāng)給泵送振子(405)施加正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，泵送腔(404)的容積大小周期性交替變化，形成對液體的驅(qū)動(dòng)力，使液體能夠根據(jù)工作要求做定向流動(dòng)，泵送振子(405)與支撐體(401)之間墊有密封圈(402)，以防止液體滲漏，分隔膜(101)為低彈性模量的硅膠膜，用環(huán)氧雙組份金屬專用膠粘貼在金屬基板上，驅(qū)動(dòng)部分(4)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用正弦電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，正向泵送時(shí)進(jìn)水控制閥(105)和泵送振子(405)的電壓相位差為70度，反向泵送時(shí)進(jìn)水控制閥(105)和泵送振子(405)的電壓相位差為250度。
【文檔編號(hào)】F04B53/10GK104153978SQ201410142566
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】何麗鵬, 王良, 程廷海, 姜大偉, 劉溢泉, 朱震, 鄭樹山, 張邦成 申請人:長春工業(yè)大學(xué)