CN102135087B - 扩散/收缩组合管无阀压电泵 - Google Patents

扩散/收缩组合管无阀压电泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于微流体传输与控制的扩散/收缩组合管无阀压电泵，泵体上设有两个均由一汇流锥管与相对于汇流锥管中心线对称布置的两分流锥管连通组成的同向布置的扩散/收缩组合管，其中第一扩散/收缩组合管的汇流锥管与泵进口相连通，其两分流锥管均与泵腔相连通，第二扩散/收缩组合管的汇流锥管与泵腔相连通，其两分流锥管均与泵出口相连通；汇流锥管长为1200μm、高为80μm、小端的最小截面宽度为80μm、锥角为7°、小端管口圆角半径为40μm；两分流锥管间的夹角为90°、长均为400μm、小端最小截面宽度与汇流锥管大端的最大截面宽度之比均为0.5、锥角均为3.5°；由于两分流锥管的组合作用产生压差，提高压电泵的容积效率，增加压电泵的流量。

Description

扩散/收缩组合管无阀压电泵
技术领域
本发明属于微流体传输与控制、微机械技术领域，特指扩散/收缩组合管无阀压电泵。
背景技术
压电泵属于容积泵，是机械式微泵的一种，广泛应用在药物微量输运、细胞分离、电子产品降温、燃料微量喷射、化学微分析、管道流动转捩控制等领域。压电泵主要分为有阀压电泵和无阀压电泵，有阀压电泵结构比较复杂，难于加工，不适用于高频工作条件，而且容易产生断流现象，工作时产生的噪音较大，影响泵的性能。无阀压电泵结构简单，适于小型和微型工作条件，可以满足在高频频率下的工作要求，克服了有阀压电泵断流有噪音的缺点。
目前，扩散/收缩组合管无阀压电泵将传统泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者合为一体，克服了由于部件运动导致的压力损失、磨损、疲劳破坏以及对某些敏感流体的性质所造成的不良影响。常用的扩散/收缩管型无阀压电泵具有“Y”形管无阀压电泵和“V”型管无阀压电泵结构，“Y”形管无阀压电泵的进出口流管由一个合流管和两个分流管组合成“Y”字形，其合流管和分流管均为等截面矩形管，其缺陷是：等截面矩形的合流管与分流管的尺度较大，不利于微型集成化。“V”型管无阀压电泵的进出口流管由一个等截面矩形合流管和两个扩散（收缩）分流管组合成，其缺陷是：等截面矩形的进出口流管使得正反向流阻比偏小，无法提高流量，而且进出口流管与泵腔不在同一个面上，导致加工和制作的困难。 
发明内容
本发明的目的是提供一种扩散/收缩组合管无阀压电泵，该泵可克服普通无阀压电泵流量小的不足，并且可在较高频率下工作，流量较容易控制，结构简单。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：具有泵体及泵盖，泵体的正中间是泵腔，泵盖正上部是压电振子，泵盖上具有位于泵腔两侧的泵进口与泵出口，泵进口、泵出口与泵腔的轴心线在水平方向共线，在垂直方向相平行；泵体上设有两个相同且同向布置的第一、第二扩散/收缩组合管；两扩散/收缩组合管均由一汇流锥管与相对于汇流锥管中心线对称布置的两分流锥管连通组成；第一扩散/收缩组合管的汇流锥管与泵进口相连通，其两分流锥管均与泵腔相连通；第二扩散/收缩组合管的汇流锥管与泵腔相连通，其两分流锥管均与泵出口相连通。
进一步地，汇流锥管的长为1200μm、高为80μm、小端的最小截面宽度为80μm、锥角为7°、小端管口圆角半径为40μm；两分流锥管间的夹角为90°、长均为400μm、小端最小截面宽度与汇流锥管大端的最大截面宽度之比均为0.5、锥角均为3.5°。
本发明的有益效果是：与传统扩散/收缩管无阀压电泵相比，本发明的扩散/收缩组合管在流体正向流动时两者压差基本相同；反向流动时，由于两个分流锥管的组合作用产生压差，从而使得反向流阻系数与正向流阻系数之比更高，提高了压电泵的容积效率，增加了压电泵的流量。
附图说明
图1为本发明扩散/收缩组合管无阀压电泵结构的主视剖视示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为图2中扩散/收缩组合管5或8的局部I放大图；
图4为图3中汇流锥管9和分流锥管10、11的结构放大图；
图5为本发明吸入过程工作原理图；
图6为本发明排出过程工作原理图；
图中：1.泵进口；2.压电振子：3.泵盖；4.泵出口；5.第一扩散/收缩组合管；6.泵体；7.泵腔；8.第二扩散/收缩组合管；9.汇流锥管；10、11.分流锥管。
具体实施方式
参见图1和2所示，本发明具有泵体6，在泵体6上固定安装与泵体6相配的泵盖3，泵体6的正中间是泵腔7。在泵盖3正上部是压电振子2，用黏结剂将压电振子2固定黏结在泵盖3上。在泵盖3的左右位置加工出泵进口1与泵出口4，泵进口1、泵出口4位于泵腔7的两侧，泵进口1、泵出口4与泵腔7三者的轴心线在水平方向共线，在垂直方向相平行。
在泵体6上有两个相同且同向布置的的第一、第二扩散/收缩组合管5、8，其中，第一扩散/收缩组合管5连通泵进口1和泵腔7，第二扩散/收缩组合管8连通泵出口4和泵腔7。
参见图3，第一或第二扩散/收缩组合管5或8均由一个汇流锥管9与两个分流锥管10、11连通组成，两分流锥管10、11相对于汇流锥管9的中心线对称布置。其中，第一扩散/收缩组合管5的汇流锥管9与泵进口1相连通，其分流锥管10、11均与泵腔7相连通；第二扩散/收缩组合管8的汇流锥管9与泵腔7相连通，其两分流锥管10、11均与泵出口4相连通。
参见图4，汇流锥管9的长度L为1200μm，汇流锥管9小端的最小截面宽度b1为80μm，汇流锥管9的高度为80μm，锥角θ1为7°，小端管口圆角半径r为40μm。分流锥管10、11长度L2均为400μm，分流锥管10、11的小端最小截面宽度b2与汇流锥管9大端的最大截面宽度b0之比b2/ b0为0.5，分流锥管10、11锥角θ2均为3.5°，两分流锥管10和11之间的夹角Φ为90°。
本发明工作时，吸入过程参见5所示，压电振子2通电后上下振动，当压电振子2向上振动时，泵腔7的体积增大，泵腔7内的压强降低且小于外界压强，因此流体由泵腔外流向泵腔之内，又由于第一、第二扩散/收缩组合管5、8正反方向上压力损失系数不等，使得通过泵进口1的流量                                               
Figure 2011100911006100002DEST_PATH_IMAGE002
大于泵出口4的流量
Figure 2011100911006100002DEST_PATH_IMAGE004
，即
Figure 484585DEST_PATH_IMAGE002
>
Figure 401725DEST_PATH_IMAGE004
，此时，泵腔7的总的流进量为=
Figure 712621DEST_PATH_IMAGE002
+。排出过程参见6所示，当压电振子2向下振动时，泵腔7体积减小，泵腔7内的压强增大且大于外界压强，从而流体排出泵腔7，此时与吸入过程相反，流体通过泵进口1的流量小于通过泵出口4的流量，即
Figure 2011100911006100002DEST_PATH_IMAGE012
Figure 328727DEST_PATH_IMAGE010
，此时，泵腔7的总的流出量为
Figure 433081DEST_PATH_IMAGE006
Figure 2011100911006100002DEST_PATH_IMAGE014
。本发明由于压电振子2的振幅是一定的，所以流入泵腔7和流出泵腔7的流量相等，即
Figure 2011100911006100002DEST_PATH_IMAGE016
 ，流出泵出口4的流量为
Figure 2011100911006100002DEST_PATH_IMAGE018
或
Figure 2011100911006100002DEST_PATH_IMAGE020
，此值大于0，即一个往复周期里流体是从泵进口1流向泵出口4的，这就实现了整个无阀压电泵的单向流动。 

Claims (1)

1.一种扩散/收缩组合管无阀压电泵，具有泵体（6）及泵盖（3），泵体（6）正中间是泵腔（7），泵盖（3）正上部是压电振子（2），泵盖（3）上具有位于泵腔（7）两侧的泵进口（1）与泵出口（4），泵进口（1）、泵出口（4）与泵腔（7）的轴心线在水平方向共线，在垂直方向相平行；泵体（6）上设有两个相同且同向布置的第一、第二扩散/收缩组合管（5、8）；第一、第二扩散/收缩组合管（5、8）均由一汇流锥管（9）与相对于汇流锥管（9）中心线对称布置的两分流锥管（10、11）连通组成；第一扩散/收缩组合管（5）的汇流锥管（9）与泵进口（1）相连通，其两分流锥管（10、11）均与泵腔（7）相连通；第二扩散/收缩组合管（8）的汇流锥管（9）与泵腔（7）相连通，其两分流锥管（10、11）均与泵出口（4）相连通，其特征是：所述汇流锥管（9）长为1200μm、高为80μm、小端的最小截面宽度为80μm、锥角为7°、小端管口圆角半径为40μm；所述两分流锥管（10、11）间的夹角为90°、长均为400μm、小端最小截面宽度与汇流锥管（9）大端的最大截面宽度之比均为0.5、锥角均为3.5°。
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