CN101435421B - 一种利用离心力原理实现流体流动的压电陶瓷泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用离心力原理实现流体流动的压电陶瓷泵，包括金属管、压电陶瓷振动单元、进流口、出流口、止回阀和基座，其特征在于：金属管外壁刚性联结一个或多个压电陶瓷振动单元，金属管的自由端伸出压电陶瓷振动单元一定的长度，金属管的另一端与基座固定连接，靠近基座一侧的金属管端口连接上一止回阀作为泵体的进流口，金属管的自由端口作为泵体的出流口。本发明的结构区别于以往腔式、蠕动式和行波式等压电陶瓷泵，不需要控制液体流向的阀或特殊结构的输入、输出端口，也不需要复杂的压电陶瓷振动单元和驱动电路，液体在金属管内流动稳定，尤其适用于高频振动形式驱动。本发明在医学、化学、喷泉装饰等领域具有一定的应用前景。

Description

一种利用离心力原理实现流体流动的压电陶瓷泵

技术领域：

本发明属于精密机械中的流体泵技术领域，是一种新型的利用离心力原理实现流体流动的压电陶瓷泵，特别涉及到该压电陶瓷泵的具体结构设计、制作过程和驱动方法。

背景技术：

传统的压电陶瓷流体泵的泵体主要由壳面、腔体、进流口和出流口部件组成，其中壳面一般为压电陶瓷致动片和金属弹性薄板粘结而成的压电陶瓷层合结构。在电场作用下，压电陶瓷致动片的伸缩变形致使压电陶瓷层合板产生弯曲变形，从而造成腔体的体积变化，使得进流口和出流口的液体在腔体体积变化过程中形成进出腔体的运动。为了使液体能够向某个特定的方向流动，一个基本的途径是在泵的进流口和出流口处增加单向阀装置。在腔体体积膨胀的时候，进流口阀开启，出流口阀关闭；而腔体体积收缩的时候，进流口阀关闭，出流口阀开启，从而达到强迫液体朝着特定的方向流动的目的。为了提高泵的运行效率，通常希望压电陶瓷泵的驱动电压频率为腔体结构的谐振频率，此时腔体体积的变化量远大于其他状态，输出功率也达到最大值。然而，对于腔式压电陶瓷泵，其压电陶瓷层合板的谐振频率一般在几百Hz以上；但是传统的单向阀由于在工作中存在严重的滞后性，使得它很难与压电陶瓷泵的壳面振动相匹配，实现每秒上百次的同步开启和关闭。在这种制约条件下，腔式压电陶瓷泵在高频下的性能并不突出，最佳工作频率一般都在100Hz以下，故其效率并没有得到充分地发挥。利用MEMS技术制作的新型单向阀，虽然具有优良的高频特性，但此项技术仍处于研究阶段，且MEMS制作工艺复杂，成本很高，目前推广实用化还不现实。一些新颖的使用特殊进出流口结构的无阀式压电陶瓷泵，如V型流口、三通式流口、变流阻管流口等进出流口结构，虽然它们的结构性能受频率的影响较小，使得利用此类进出流口结构的腔式压电陶瓷泵适合工作在较高的频率上，但由于这些进出流口结构的机理主要是利用液体单个周期内往复流过进出流口的流量差异实现整体单方向的流通，故它并不是完全意义上的单向流通，其压电陶瓷腔体的体积变化量不能得到充分的利用，压电陶瓷泵的流量和液压等实际特性参数没有得到实质性的提升。近几年出现的一些新型压电泵，如利用连续串联压电陶瓷腔体结构的蠕动泵，它通过调整各压电陶瓷腔体之间周期性体积变化的相位关系，使得在不需要单向阀或特殊进出流口结构的条件下，就可以实现液体的单向流动；利用行波原理制作的压电泵，其驱动形式与行波马达类似，通过压电陶瓷单元的振动，驱动弹性层产生行波波动，从而给弹性层面上的液体提供一定方向的驱动力，实现流动，虽然这些新型压电陶瓷泵的性能有所提升，但结构和控制方式趋于复杂。

以上所述各种类型的压电陶瓷泵，包含了不同的压电陶瓷驱动形式和泵体结构，虽然各自都存在一定的优点，但每种结构的整体性能都不理想，压电陶瓷泵的改进和新型压电陶瓷泵的发明仍然为人们所期待。

发明内容：

为了得到一种理想的压电陶瓷泵，克服现有压电陶瓷泵中存在的一些实际问题，提出一种利用离心力原理驱动液体定向流动的压电陶瓷泵结构，其具有结构简单、可靠性好、控制方便、运行连续、输出稳定且适用于高频驱动等优点。

本发明采用的技术方案：

一种利用离心力原理实现流体流动的压电陶瓷泵，包括金属管、压电陶瓷振动单元、进流口、出流口、止回阀和基座，其特征在于：金属管外壁刚性联结一个或多个压电陶瓷振动单元，金属管的自由端伸出压电陶瓷振动单元一定的长度，金属管的另一端与基座固定连接，靠近基座一侧的金属管端口连接上一止回阀作为泵体的进流口，金属管的自由端口作为泵体的出流口。

所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷振动单元采用压电陶瓷管，套在金属管外并与金属管结合，所述的基座套装于金属管下端并与金属管接合固定，基座上端面与压电陶瓷管下端结合固定；所述的压电陶瓷振动单元为一个，结合于金属管外壁一侧；所述的压电陶瓷振动单元为二个，分别结合于金属管外壁上并相互之间成90°夹角或相互对称；所述的压电陶瓷振动单元为四个，分别结合于金属管外壁上并相互之间成90°夹角。

所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷振动单元采用压电陶瓷片、沉积在金属管外层的压电陶瓷膜、压电陶瓷管或压电陶瓷中空纤维结构；所述的压电陶瓷振动单元可采用锆钛酸铅系压电陶瓷或无铅压电陶瓷材料。

所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的金属管外径为0.05～5mm，壁厚为0.01～0.2mm，长度为50～500mm，金属管采用不锈钢材料。

所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷片厚度为0.01～1mm，宽度为0.05～50mm，长度为0.5～100mm，为单层结构或多层叠片式结构；所述的沉积在金属管外层的压电陶瓷膜厚度为0.01～1mm，长度为0.05～100mm，为单层膜结构或多层膜结构；所述的压电陶瓷管或压电陶瓷中空纤维外径为0.3～3mm，厚度为0.05～1mm，长度为2～100mm。

所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷振动单元采用环氧树脂胶或AB胶粘接在金属管外壁上。

所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷振动单元采用压电陶瓷烧结工艺联结在金属管外壁上。

所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的出流口下端附近为粘结在金属管外的环形调整质量块。

所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的出流口连接有锥形金属管喷嘴。

本发明的设计思路：

本发明压电陶瓷泵，压电陶瓷振动单元在一定的激励信号驱动下产生伸缩变形，实现金属管振动，驱动液体由进流口，经止回阀和金属管，从出流口流出。

本发明压电陶瓷泵，可以利用不同的泵体结构和驱动方式，实现金属管的摆动或者圆周摆头运动，从而使金属管内液体获得离心力，实现流动。对于不同形式的驱动方案，金属管可以为单管结构或多管阵列，所需压电陶瓷振动单元的数量可以为单个或多个，而单个压电陶瓷振动单元总是在一定形式的电压激励下，产生沿着金属管轴向的伸缩振动，进而驱动金属管完成相应的弯曲振动。

对于使用单个金属管的离心式压电陶瓷泵，各种压电陶瓷振动单元的排列结构和驱动方式可总结为两类基本的驱动形式，其一为利用压电陶瓷振动单元产生单一的弯曲振动模式，驱动金属管弯曲振动，其二为利用压电陶瓷振动单元组合产生两个方向垂直、相位相差±90°的弯曲振动，驱动金属管圆周摆头振动。

对于第一种驱动形式，存在以下四种具体技术方案：

技术方案一：压电陶瓷振动单元的数量为1，如图2所示，施加周期性激励信号后，压电陶瓷振动单元7沿着轴向伸缩变形，而金属管8长度保持不变，压电陶瓷振动单元与金属管组成类似于单层压电陶瓷弯曲致动器的弯曲振动结构，驱动金属管进行弯曲摆动振动，致使金属管中的液体在离心力的作用下向前流动。

技术方案二：压电陶瓷振动单元的数量为2，对称地排列在金属管的两边，如图3所示，施加相位相差180°的周期性激励信号后，两个压电陶瓷振动单元9的轴向伸缩变形方向相反，而金属管10的长度保持不变，压电陶瓷振动单元与金属管组成类似双层压电片的弯曲振动结构，从而驱动金属管进行弯曲摆动振动，为金属管内液体提供定向流动所需的离心力。与技术方案一相比较，此种结构增加了压电陶瓷驱动单元的数目，可以提高金属管的振动幅度，从而增大泵的输出功率。

技术方案三：压电陶瓷振动单元的数量为2，相互垂直地排列在金属管的四周，如图4所示，两个压电陶瓷振动单元分别驱动金属管进行两个方向相互垂直的弯曲振动。施加同周期、同相位的激励信号后，两个振动模块合成为某一方向的弯曲振动，从而激励金属管弯曲振动，驱动液体流动。与技术方案一和二相比较，此种结构除了可以提高泵的输出功率外，通过调整两组振动单元的振幅，可以实现任意方向的弯曲振动，以满足一些实际应用的需求。

技术方案四：压电陶瓷振动单元的数量为4，均匀地排列在金属管的四周，如图5所示，相对的两个压电单元构成一个弯曲振动模块，两个振动模块所激励的弯曲振动平面相互垂直。施加周期性激励信号后，两个振动模块合成为某一方向的弯曲振动，从而驱动金属管弯曲振动，激励金属管内液体流动。与技术方案三相比较，此种结构可以提高泵的输出功率。

对于第二种驱动形式，存在以下两种具体技术方案：

技术方案五：压电陶瓷振动单元的数量为2，相互垂直地排列在金属管的四周，如图6所示，两个压电陶瓷振动单元分别驱动金属管进行两个方向相互垂直的弯曲振动。控制施加在两个压电陶瓷振动单元的激励信号相位差为±90°，使两个方向的弯曲振动相位相差±90°，从而使金属管做圆周摆头运动，其作用在金属管内液体的离心力将致使液体沿着金属管向前流动。

技术方案六：压电陶瓷振动单元的数量为4，并均匀地分布在金属管的四周，如图7所示，相对的两个压电陶瓷振动单元组成类似双层压电片的结构驱动金属管进行某一方向的弯曲振动，则四个压电单元产生两个方向相互垂直的弯曲振动。控制施加在两组压电陶瓷振动单元的激励信号相位差为±90°，使两个方向的弯曲振动相位相差±90°，从而驱动金属管做圆周摆头运动，其作用在金属管液体上的离心力将致使液体沿着金属管向前流动。与技术方案五相比，使用两个伸缩方向相反的压电陶瓷振动单元取代单个压电陶瓷振动单元，可以明显提高金属管圆周摆头运动的幅度，从而增大压电泵的输出功率。

对于使用金属管阵列的离心式压电陶瓷泵，其形式一为：将多个相互独立的压电陶瓷泵体分别固定在同一个基座上，并按一定样式排列成阵列形式，每个压电陶瓷泵的泵体相互独立运作，其结构和具体驱动形式可采用技术方案一至六中的方式；形式二为：将多个金属管紧密排列成一个横排，形成金属管阵列，在金属管阵列的两边联结上与之相匹配的大块压电陶瓷振动单元，从而大大提高压电泵的输出功率，其具体技术方案如技术方案七所述。

技术方案七：金属管的数量为n，固结为一排阵列，压电陶瓷振动单元联结在金属管阵列的两边，如图8所示，相对的两个压电陶瓷振动单元与金属管阵列组成类似双层压电片的结构驱动金属管弯曲振动，从而激励金属管阵列进行弯曲摆动，为金属管内液体提供定向流动所需的离心力。该方案将单一的金属管扩展为n个并排放置的金属管阵列，可大大提高压电泵的输出流量，且压电振动单元可采用单片压电陶瓷结构，其制作工艺与控制方式相比独立阵列结构简单。

对于本发明中压电陶瓷振动单元，可采用以下三种基本的压电陶瓷振动单元结构方案，这里以技术方案六为例，分别对其结构形式加以简单介绍：

压电陶瓷振动单元结构方案一：压电陶瓷振动单元为压电陶瓷片，电极附着在压电陶瓷片的上下两个表面，使用环氧树脂胶或AB胶将压电陶瓷片粘结在金属管的四周，如图9所示。靠近金属管壁的内层电极相互连接并与公共接地端相通，通过控制施加在四个压电片外层电极的激励电位，驱动压电陶瓷片做相应的振动，从而使金属管作圆周摆头运动。本方案中的压电陶瓷片式振动单元结构同样适用于技术方案一、二、三、四、五和七。

压电陶瓷振动单元结构方案二：压电陶瓷振动单元为压电陶瓷膜，利用压电陶瓷沉积工艺在金属管的外壁上沉积一定厚度的压电陶瓷材料，并通过压电陶瓷烧结工艺与金属管刚性联结成整体，如图10所示。使用金属管壁直接作为压电陶瓷膜的内层电极，并连接到公共接地端，金属管内壁可附着一层绝缘材料使其与被驱动的液体绝缘；压电陶瓷膜的外层可利用电镀工艺或使用导电胶覆盖一层电极，外层电极平均分为四份，相邻电极之间保持绝缘。此电极结构即将陶瓷膜等分为四个小的驱动单元，通过控制四个外层电极的激励电压，驱动陶瓷膜发生预期的弯曲变形，从而激励金属管摆头圆周运动。本方案中的压电陶瓷膜结构同样适用于技术方案二、四。对于技术方案二，只需将压电陶瓷膜的外层电极均分为两份即可。

压电陶瓷振动单元结构方案三：压电陶瓷振动单元为压电陶瓷管或压电陶瓷中空纤维，电极附着在陶瓷管的内外表面上，使用环氧树脂胶或AB胶将陶瓷管固结在金属管的四周，如图11所示。陶瓷管的外层电极连接在一起并与公共接地端相通，通过控制四根陶瓷管内层电极的激励电压，驱动金属管进行预期的摆头运动。此结构的外层电极接地，驱动电压施加在内层电极上，提高了操作的安全性，并且激励信号自然屏蔽，减少对外界的电磁辐射。本方案中的压电陶瓷管或压电陶瓷中空纤维结构同样适用于技术方案一、二、三、四、五和七。

对于本发明的新型离心式压电陶瓷泵，其还存在一些经过特殊设计的环节，总结如下所述：

1)由于液体只有在充满金属管后才能随着金属管一齐摆动或圆周摆头运动，进而获得一定的离心力，故本发明压电陶瓷泵必须预先将液体充入金属管中，使压电陶瓷泵在开启时刻就能够给管路中的液体提供一个初始的驱动力，从而推动进流口的液体连续的注入到金属管内，实现液体的连续稳定流动。

2)止回阀是为了防止本发明压电陶瓷泵在停止运行后，液体在重力或其它力的作用下，出现液体回流现象，使金属管中液体流失，从而避免在压电陶瓷泵再次开启前仍然需要预先向金属管中注入液体。使用止回阀可以在一次初始化后，压电陶瓷泵的运转不再需要额外的初始化操作，大大简化操作程序。需要注意的是：止回阀的开启压力必须远小于金属管中液体所能提供的离心力，以保证压电陶瓷泵开启后，液体能够顺利开启止回阀，且对输出功率影响很小。

3)本发明压电陶瓷泵的输出流量和压力与金属管的口径和长度、金属管的摆动振幅或圆周摆头的直径、振动的频率、管壁阻尼等因素有关。整个压电陶瓷泵的结构在谐振情况下将使金属管得到最大的振幅，而谐振频率与金属管和压电陶瓷振动单元的结构参数和材料参数以及液体的特性之间有密切关系，要获得较高谐振频率和振幅，根据驱动液体的特性，压电陶瓷泵的结构尺寸需要精确的设计。为了减少压电陶瓷泵振动与液体流动过程中的阻尼，金属管应平直，内外壁应光滑。

4)本发明压电陶瓷泵的运行过程中，周围环境的改变对金属管振动的状态会有一定的影响。为了提高泵体运行的稳定性，可增加驱动信号的反馈控制回路，根据泵体的运行情况，适时调整激励信号的幅值和频率，保证泵体运行的稳定性；也可以在金属管的出流口下端缠绕质量块，如图12所示，使外界对泵体振动特性的影响降低，以稳定泵体的振动状态。

5)本发明压电陶瓷泵，经过特殊设计的金属管出流口可以提高压电陶瓷泵的性能。通过减小出流口附近金属管的内径，可提高出流口处液体的流速，从而更利于液体平稳流动，其出流口结构可如图13、14所示。对于如微型景观喷泉等应用领域，为了获得不同的出流口液体喷射效果，可对出流口的形状或者压电陶瓷振动单元的驱动形式做其它特殊的设计，以得到预想的效果。

6)本发明压电陶瓷泵的压电陶瓷振动单元，各个单元的极化方向一致，通过调整各个单元激励信号的相位关系，使各个单元的振动获得相应的相位关系。对于对称分布的一对压电陶瓷振动单元，其激励信号通常只存在180°的相位差别，在实际应用中，可以采用相反极化、相同激励的方式，减少驱动信号的数量。

7)对于压电陶瓷管或中空纤维作为振动单元的压电陶瓷泵，振动单元的数量可根据金属管的尺寸进行扩展，并以一定的形式排列金属管周围，通过分别控制每一个振动单元的激励电压，保证各个单元之间满足一定的幅值和相位关系，亦可实现金属管的摆动或圆周摆头运动。

本发明的结构区别于以往腔式、蠕动式和行波式等压电陶瓷泵，不需要控制液体流向的阀或特殊结构的输入、输出端口，也不需要复杂的压电陶瓷振动单元和驱动电路，液体在金属管内流动稳定，尤其适用于高频振动形式。本发明在医学、化学、喷泉装饰等领域具有一定的应用前景。

附图说明：

图1为本发明新型离心式压电陶瓷泵的结构主剖视图和俯剖视图。图中标号名称：1为出流口，2为金属管，3为压电陶瓷振动单元，4为基座，5为止回阀，6为进流口。

图2为本发明新型离心式压电陶瓷泵的具体技术方案一的压电陶瓷振动单元与金属管的位置关系图。图中标号名称：7为压电陶瓷振动单元，8为金属管。

图3为本发明新型离心式压电陶瓷泵的具体技术方案二的压电陶瓷振动单元与金属管的位置关系图。图中标号名称：9为压电陶瓷振动单元，10为金属管。

图4为本发明新型离心式压电陶瓷泵的具体技术方案三的压电陶瓷振动单元与金属管的位置关系图。图中标号名称：11为压电陶瓷振动单元，12为金属管。

图5为本发明新型离心式压电陶瓷泵的具体技术方案四的压电陶瓷振动单元与金属管的位置关系图。图中标号名称：13为压电陶瓷振动单元，14为金属管。

图6为本发明新型离心式压电陶瓷泵的具体技术方案五的压电陶瓷振动单元与金属管的位置关系图。图中标号名称：15为压电陶瓷振动单元，16为金属管。

图7为本发明新型离心式压电陶瓷泵的具体技术方案六的压电陶瓷振动单元与金属管的位置关系图。图中标号名称：17为压电陶瓷振动单元，18为金属管。

图8为本发明新型离心式压电陶瓷泵的具体技术方案七的压电陶瓷振动单元与金属管阵列的位置关系图。图中标号名称：19为压电陶瓷振动单元，20为金属管阵列。

图9为本发明新型离心式压电陶瓷泵的压电陶瓷振动单元结构方案一中压电陶瓷片与金属管的结构剖面图，并以具体技术方案六的位置关系为例。图中标号名称：21为压电陶瓷片，22为金属管，23为刚性联结金属管与压电陶瓷片的粘结剂。

图10为本发明新型离心式压电陶瓷泵的压电陶瓷振动单元结构方案二中压电陶瓷膜与金属管的结构剖面图，并以具体技术方案六的位置关系为例。图中标号名称：24为压电陶瓷膜，25为金属管。

图11为本发明新型离心式压电陶瓷泵的压电陶瓷振动单元结构方案三中压电陶瓷管或中空纤维与金属管的结构剖面图，并以具体技术方案六的位置关系为例。图中标号名称：26为压电陶瓷管或中空纤维，27为金属管，28为刚性联结金属管与压电陶瓷管或中空纤维的粘结剂。

图12为本发明新型离心式压电陶瓷泵中固结在出流口附近的频率稳定结构。图中标号名称：29为出流口，30为金属管，31为固结在金属外表面的环形质量块。

图13为本发明新型离心式压电陶瓷泵的一种出流口结构。32为出流口流速调整管，33为金属管。

图14为本发明新型离心式压电陶瓷泵的一种出流口结构。34为出流口流速调整管，35为金属管。

图15为本发明新型离心式压电陶瓷泵的一种压电陶瓷振动单元的剖面图。36为压电陶瓷管或压电陶瓷中空纤维，37为内电极引出线，38为填充粘结剂，39为下端金属套筒，40为压电陶瓷管内电极，41位压电陶瓷管外电极，42为上端金属套筒。

图16为本发明新型离心式压电陶瓷泵的在正弦交流电压驱动形式下四个压电陶瓷振动单元的电压波形图。

具体实施方式：

本发明压电陶瓷泵的典型结构包括有：金属管2、压电陶瓷振动单元3、止回阀5、进流口6、出流口1和基座4，如图1所示。压电陶瓷振动单元通过粘结剂或烧结工艺以一定的排列方式刚性联结在金属管一端的外壁上，金属管伸出压电陶瓷振动单元一定的长度，压电陶瓷振动单元与金属管的公共端使用粘结剂或夹紧装置固定在基座上，固定在基座一边的金属管端口连接上一止回阀作为泵体的进流口，金属管的自由端口加工成特定的形状作为泵体的出流口。

本发明压电陶瓷泵的驱动电源的驱动波形为交流正弦波形、方波或三角波，驱动波的频率为压电陶瓷泵的固有频率，也可以在其谐振频率附近一定范围内调整。

本发明提出的可实现流体流动的离心式压电陶瓷泵的典型实例和附图详细说明如下：

这里以具体技术方案六和压电陶瓷振动单元结构方案三为典型实例，说明本发明压电陶瓷泵的具体制作过程和驱动方法。

如图15所示为压电陶瓷振动单元的剖面图，采用压电陶瓷管或压电陶瓷中空纤维材料，压电陶瓷管36外径为0.3～3.0mm，厚度为0.05～1mm长度为2～100mm，可采用coextrusion微加工技术、viscous-suspension-spinning工艺、基于ALCERU工艺的textile spinning技术等方法加工得到，其外电极41通过压电陶瓷电极电镀工艺附着在陶瓷管的外表面，电极材料为镍或金，内电极40为导电胶或银浆，利用金属丝涂抹在陶瓷管的内壁并烘干固结。陶瓷管的两个端面使用精细砂纸去除残留电极并磨平，内外电极保持绝缘，陶瓷管一端的内壁使用导电胶粘接金属线作为内电极引出线37，外电极直接引出并接地。陶瓷管的两端分别套有一段金属管套筒39和42，套筒的内外表面使用超声波清洗机去除表面污迹，并打磨光滑，其长度为2-8mm，与陶瓷管结合的长度为1-4mm，金属套筒与陶瓷管之间的空隙部分使用环氧树脂胶或AB胶填充，以保证压电陶瓷管与金属套筒的刚性连接，金属套筒可与压电陶瓷管的外电极导通，但必须与压电陶瓷管内电极及其引出线绝缘。压电陶瓷振动单元在80℃的硅油环境下中极化，极化电场方向为沿着陶瓷管半径方向朝外，极化电场大小为2000-2500V/mm，持续25分钟。极化后的压电陶瓷单使用丙酮或其他清洗剂清洗干净。

压电泵的金属管采用不锈钢材料，其内外表面打磨光滑，出流口打磨平整，其内边缘打磨出一定的倒角，出流口可粘结上管径较小的金属管以提高出流口液体流速。使用丙酮清理干净金属管外壁和压电陶瓷振动单元表面的污迹后，使用环氧胶或AB胶将四个压电陶瓷单元的金属套筒部分与金属管粘结在一起，保证四个压电陶瓷单元在金属管轴向位置一致，并均匀的排列在金属管的四周，如图11所示，压电陶瓷单元的内电极引线朝向固定端，外电极也尽量靠近固定端。此即完成压电泵驱动器部分的制作。将压电泵驱动器部分利用环氧胶或夹持装置固定在基座上，金属管固定端的入口接止回阀，并通过软管连接水源。四个压电陶瓷振动单元的外电极联通并接公共接地端，内电极分别接通相应的正弦信号，相邻单元的信号频率、幅值相等，相位相差90°，四个压电陶瓷振动单元内电极所加激励信号如图16所示。压电陶瓷泵开启前，需要先在金属管内填满液体，以保证金属管中的液体可以为整个液体通道提供初始的驱动力，在激励电压的激励下，压电陶瓷振动单元的伸缩振动将驱动金属管以激励信号频率做圆周摆头运动，调整激励信号的频率，当激励频率在系统共振频率附近时，金属管圆周摆动的振幅将大大增加，金属管内的液体将获得足够大的离心力，从而克服整个液体通道的阻力，推动液体向前流动，液体将以一定速度从出流口向四周喷射出来。增大激励信号的幅度将提高金属管摆动的振幅，从而增大液体的流速或背压。

Claims (9)

1.一种利用离心力原理实现流体流动的压电陶瓷泵，包括金属管、压电陶瓷振动单元、进流口、出流口、止回阀和基座，其特征在于：金属管外壁刚性联结一个或多个压电陶瓷振动单元，金属管的自由端伸出压电陶瓷振动单元一定的长度，金属管的另一端与基座固定连接，靠近基座一侧的金属管端口连接上一止回阀作为泵体的进流口，金属管的自由端口作为泵体的出流口；所述压电陶瓷振动单元驱动金属管弯曲振动或驱动金属管圆周摆头运动，使金属管内液体获得离心力实现流动。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷振动单元为一个，结合于金属管外壁一侧；或者所述的压电陶瓷振动单元为二个，分别结合于金属管外壁上并相互之间成90°夹角或相互对称；或者所述的压电陶瓷振动单元为四个，分别结合于金属管外壁上并相互之间成90°夹角。

3.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷振动单元采用压电陶瓷片、沉积在金属管外层的压电陶瓷膜、压电陶瓷管或压电陶瓷中空纤维结构。

4.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的金属管外径为0.05～5mm，壁厚为0.01～0.2mm，长度为5～500mm，金属管采用不锈钢材料。

5.根据权利要求3所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷片厚度为0.01～1mm，宽度为0.05～50mm，长度为0.5～100mm，为单层结构或多层叠片式结构；所述的沉积在金属管外层的压电陶瓷膜厚度为0.01～1mm，长度为0.5～100mm，为单层膜结构或多层膜结构；所述的压电陶瓷管或压电陶瓷中空纤维外径为0.3～3mm，厚度为0.05～1mm，长度为2～100mm。

6.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷振动单元采用环氧树脂胶或AB胶粘接在金属管外壁上。

7.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的压电陶瓷振动单元采用压电陶瓷烧结工艺联结在金属管外壁上。

8.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的出流口下端附近为粘结在金属管外的环形质量块。

9.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷泵，其特征在于所述的出流口连接有出流口流速调整管。

Images