CN102425538A

CN102425538A - 电磁力驱动无回流微升精度微泵

Info

Publication number: CN102425538A
Application number: CN2011104084159A
Authority: CN
Inventors: 席文明
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-04-25

Abstract

电磁力驱动无回流微升精度微泵，涉及一种微泵。设有线圈、线圈支架、永磁体、压板、泵腔膜片、泵体和单向阀；压板设在泵体上，永磁体设在泵腔膜片中，膜片设在泵体上表面；单向阀上板、单向阀膜片和单向阀下板压合在一起；单向阀上、下板左边分别设有左、右上板孔，单向阀膜片左边设有4个左膜片孔，左上板孔、左膜片孔和左下板孔组成左单向阀；单向阀上、下板右边分别设有右上、下板孔，单向阀膜片右边设有4个右膜片孔，右上板孔、右膜片孔和右下板孔组成右单向阀；左上板孔的孔径小于右上板孔的孔径；左下板孔的孔径大于右下板孔的孔径；左、右上板孔的位置分别与左、右下板孔的位置对应，左、右膜片孔的位置分别与左、右下板孔的位置对应。

Description

电磁力驱动无回流微升精度微泵

技术领域

本发明涉及一种微泵，尤其是涉及一种主要用于生物、医学以及微电子行业的电磁力驱动无回流微升精度微泵。

背景技术

微泵是指体积小、流量小的泵，该类型泵种类繁多，应用广泛。但普遍存在制作成本高、制作工艺复杂、液体回流等问题。由于微升精度的泵具有广阔的应用范围，已有不少相关的专利申请。

中国专利CN18150211公开一种微泵，主要包括泵体外壳，泵腔室里有膨胀体驱动泵，前端经胶塞隔离有储液器，后端经吸水纤维集束构成的吸水杆连接有储水筒；储水筒与泵体后部有螺纹连接并带有旋转手柄。膨胀体驱动泵由高吸水树脂组成，经吸水杆从储水筒中吸水并持续均匀膨胀，驱动胶塞向前移动，使储液器中的工作液体由与微管道旋接的输出口微量稳定输出。还可旋转手柄直接驱动膨胀体和胶塞向前移动，完成排气，大剂量输出等操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微升精度、无回流、电磁力驱动、结构简单、制作容易、用于微量液体输送的电磁力驱动无回流微升精度微泵。

本发明设有线圈、线圈支架、永磁体、压板、泵腔膜片、泵体和单向阀；

所述线圈绕制在线圈支架上，压板设在泵体上，压板用于将线圈支架压紧在泵体的上表面；所述永磁体设在泵腔膜片中，泵腔膜片设在泵体的上表面；所述泵体内设有泵腔；

所述单向阀设有单向阀上板、单向阀膜片和单向阀下板，所述单向阀上板、单向阀膜片和单向阀下板压合在一起；所述单向阀上板的左边设有左上板孔，所述单向阀膜片的左边设有4个左膜片孔，所述单向阀下板的左边设有左下板孔，所述单向阀上板的左上板孔、单向阀膜片的4个左膜片孔和单向阀下板的左下板孔组成左单向阀；所述单向阀上板的右边设有右上板孔，所述单向阀膜片的右边设有4个右膜片孔，所述单向阀下板的右边设有右下板孔，所述单向阀上板的右上板孔、单向阀膜片的4个右膜片孔和单向阀下板的右下板孔组成右单向阀；所述左上板孔的孔径小于右上板孔的孔径；所述左下板孔的孔径大于右下板孔的孔径；所述左上板孔的位置与左下板孔的位置对应，所述左膜片孔的位置与左下板孔的位置对应；所述右上板孔的位置与右下板孔的位置对应，所述右膜片孔的位置与右下板孔的位置对应。

所述压板可通过螺钉连接在泵体上，所述永磁体可浇注在泵腔膜片中。

所述泵腔膜片和单向阀膜片可使用氧离子气体进行表面处理后，再将泵体和泵腔膜片两者压合在一起。所述单向阀上板可采用聚二甲基硅氧烷粘连在泵体的下表面。

本发明的工作过程为：当线圈通电后，产生电磁力，该电磁力对永磁体产生吸引力，使永磁体和泵腔膜片一起向上运动，泵腔体积变大；而当线圈断电后，电磁力消失，在弹性力作用下，泵腔膜片回复到原来位置，泵腔体积变小。对于右单向阀，当泵腔体积变大时，液体从单向阀下板的右下板孔、单向阀膜片的右膜片孔、单向阀上板的右上板孔流入；当泵腔体积变小时，右单向阀膜片压紧在单向阀下板的上表面上，单向阀膜片上的膜片孔被单向阀下板上表面堵死，液体不能从右单向阀流出泵腔。对于左单向阀，当泵腔体积变大时，在负压作用下，左单向阀膜片压紧在单向阀上板的下表面上，单向阀膜片上的膜片孔被单向阀上板下表面堵死，液体不能从左单向阀流进泵腔。当泵腔体积变小时，液体从单向阀上板的左上板孔、单向阀膜片的左膜片孔、单向阀下板的左下板孔流出。所以，右单向阀是进液阀，左单向阀是出液阀。当泵腔体积变大，右单向阀打开，左单向阀关闭，液体进入泵腔。当泵腔体积变小，右单向阀关闭，左单向阀打开，液体输出泵腔。由于单向阀采用聚二甲基硅氧烷膜片制作，使得液体向泵腔内流动时，右单向阀打开，左单向阀在膜片弹性力作用下快速关断，避免液体从该阀流入。而当液体向泵腔外流动时，左单向阀打开，右单向阀在膜片弹性力作用下快速关断，避免液体从该阀流出。电磁力由线圈电流产生，而线圈电流可以在大范围内连续调整，使得该泵具有大范围的液体输出体积，最小可以输出1μL/每脉冲的液体。

本发明尤其适用于医药、化学、生物、微电子诸多领域，如医药微量注射，化学检测、生化反应、生物微分析系统等。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为本发明实施例中的永磁体与泵腔膜片的结构组成示意图。

图3为本发明实施例制备泵腔膜片的工艺方法示意图。

图4为本发明实施例制备单向阀的工艺方法示意图。

图5为本发明实施例的结构装配关系图。

图6为图5的俯视图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～6，本发明实施例设有线圈1、线圈支架2、永磁体3、压板4、泵腔膜片6、泵体7和单向阀。所述线圈1绕制在线圈支架2上，压板4设在泵体7上，压板4用于将线圈支架2压紧在泵体7的上表面；所述永磁体3设在泵腔膜片6中，泵腔膜片6设在泵体7的上表面；所述泵体7内设有泵腔8。所述单向阀设有单向阀上板10、单向阀膜片11和单向阀下板12，所述单向阀上板10、单向阀膜片11和单向阀下板12压合在一起；所述单向阀上板10的左边设有左上板孔，所述单向阀膜片11的左边设有4个左膜片孔，所述单向阀下板12的左边设有左下板孔，所述单向阀上板10的左上板孔、单向阀膜片11的4个左膜片孔和单向阀下板12的左下板孔组成左单向阀9；所述单向阀上板10的右边设有右上板孔，所述单向阀膜片11的右边设有4个右膜片孔，所述单向阀下板12的右边设有右下板孔，所述单向阀上板10的右上板孔、单向阀膜片11的4个右膜片孔和单向阀下板12的右下板孔组成右单向阀19；所述左上板孔的孔径小于右上板孔的孔径；所述左下板孔的孔径大于右下板孔的孔径；所述左上板孔的位置与左下板孔的位置对应，所述左膜片孔的位置与左下板孔的位置对应；所述右上板孔的位置与右下板孔的位置对应，所述右膜片孔的位置与右下板孔的位置对应。

所述压板4可通过螺钉5连接在泵体7上，所述永磁体3可浇注在泵腔膜片6中。

所述泵腔膜片6和单向阀膜片11可使用氧离子气体进行表面处理后，再将泵体7和泵腔膜片6两者压合在一起。所述单向阀上板10可采用聚二甲基硅氧烷粘连在泵体7的下表面。

当线圈1通电后产生电磁力，该电磁力吸引泵腔膜片6中的永磁体3，使泵腔膜片6向上运动，这时泵腔8体积变大，在负压作用下，右单向阀中的单向阀膜片11向单向阀上板10中的右上板孔中凸出，液体通过单向阀下板12的右下板孔、单向阀膜片11的4个右膜片孔和单向阀上板10的右上板孔流入泵腔8，在负压作用下，左单向阀中的单向阀膜片11也向单向阀上板10中的左上板孔突出，但该孔直径很小，单向阀膜片11上的4个左膜片孔被单向阀上板10下表面堵死，液体不能从该阀流入泵腔8。因为单向阀膜片11具有弹性，所以在泵腔8体积变大时，左单向阀膜片能快速堵死左单向阀中单向阀上板10上的左上板孔，防止液体从该左上板孔回流到泵腔8中。当线圈1断电后，在弹性力作用下，泵腔膜片6向下运动，泵腔8体积变小，左单向阀中的单向阀膜片11向单向阀下板12中的左下板孔中突出，液体通过单向阀上板10的左上板孔、单向阀膜片11上的4个左膜片孔和单向阀下板12的左下板孔流出泵腔8。右单向阀中的单向阀膜片11也向单向阀下板12中的右下板孔中凸出，但右下板孔直径很小，单向阀膜片11上的4个右膜片孔被单向阀下板12上表面堵死，液体不能从该阀流出泵腔8。因为单向阀膜片11具有弹性，所以在泵腔8体积变小时，右单向阀膜片能快速堵死右单向阀中单向阀下板12上的右下板孔，防止液体从该小孔流出。当线圈中通过脉冲式电流时，泵腔8不断重复变大和变小循环过程，从而将液体从右单向阀输入泵腔，从泵腔通过左单向阀输出，在单向阀膜片11的弹性力作用下，流体不会从左单向阀流进阀腔，或从阀腔通过右单向阀流出阀腔。

参见图2，本发明是利用永磁体3产生的磁力与线圈1产生的磁力相互吸引，带动永磁体3运动，从而使得泵腔膜片6与永磁体3一起运动，但聚二甲基硅氧烷不易和金属表面粘连，为了解决该问题，把永磁体3浇注到聚二甲基硅氧烷中。最终完成的结构如图2所示，永磁体3包含在泵腔膜片6中。在图3中，标记13为中间模板，14为下压膜板，15为挡块(厚度为500μm，用于控制泵腔膜片的厚度)，16为永磁体垫板，17为上压膜板。

首先完成中间模板13(采用PMMA板)的制作，在中间模板13上用激光打一通孔，孔径为3.8mm。取下压膜板14(采用PMMA板)与打有一通孔的中间模板13叠合在一起，则形成一个圆柱腔。取制备好的聚二甲基硅氧烷膜片作为挡块15，并将挡块15放置在中间模板13的4个角，这样保证了浇注后的泵腔膜片高度等于挡块15的厚度。

将一小块厚度为500μm的聚二甲基硅氧烷膜片作为永磁体垫板16，放到圆柱腔的底部，然后再将永磁体3放在永磁体垫板16上，将制备好的聚二甲基硅氧烷混合液倒入圆柱腔中，直到填满中间模板13表面为止，其高度不小于挡块15的高度，以保证泵腔膜片的厚度。取上压膜板17盖在聚二甲基硅氧烷上方，结果上压膜板17被撑在4个挡块15的上方，固化后得泵腔膜片，泵腔膜片的厚度即等于挡块的高度，就可将永磁体与泵腔膜片浇注在一起，整个过程见图3。

参见图4，为单向阀的制作。本发明制作的电磁力驱动无回流微升精度微泵要求无回流，即在泵腔8体积变大时，液体从右单向阀进入泵腔，但不能从左单向阀进入泵腔，而当泵腔8体积变小时，液体从左单向阀流出，但不能从右单向阀流出。这就要求在泵腔8体积变大的瞬间，左单向阀能迅速关闭，而当泵腔8体积变小时，右单向阀能迅速关闭。本发明采用聚二甲基硅氧烷膜片制作单向阀，利用它的弹性，能迅速关闭单向阀。

阀的结构由形状相同的单向阀上板10(采用PMMA板)和单向阀下板12(也采用PMMA板)以及单向阀膜片11组成，单向阀上板10和单向阀下板12虽然形状相同，但大小孔的位置正好相反，即单向阀上板10的小孔(左上板孔)与单向阀下板12的大孔(左下板孔)对齐，单向阀上板10的大孔(右上板孔)与单向阀下板12的小孔(右下板孔)对齐，其小孔直径可为1.5mm，而大孔直径可为5mm。在单向阀膜片11上，加工有两组共8个小孔，分别为4个左膜片孔和4个右膜片孔，其直径为1.5mm。4个左膜片孔与单向阀上板10的小孔(左上板孔)和单向阀下板12的大孔(左下板孔)对齐，4个右膜片孔与单向阀下板12的小孔(右下板孔)和单向阀上板10的大孔(右上板孔)对齐。将单向阀上板10、单向阀膜片11和单向阀下板12按照图4中位置压合在一起就构成左单向阀和右单向阀两个单向阀，其中左单向阀为出液阀，右单向阀为进液阀。当泵腔体积变大时，在负压作用下，右单向阀的膜片向上凸出，液体从单向阀下板12上的右下板孔经过单向阀膜片11上4个右膜片孔，从单向阀上板10上的右上板孔流入。而左边单向阀11上的4个左膜片孔与单向阀上板10上的左上板孔错开，在弹性力作用下，单向阀膜片11堵死10上的左上板孔。当泵腔体积变小时，右边单向阀11上的4个右膜片孔与单向阀下板12上的右下板孔错开，在弹性作用下，单向阀膜片11堵死单向阀下板12上的右下板孔。左边单向阀的单向阀膜片11向下凸出，液体从左单向阀10上的左上板孔经过单向阀膜片11上的4个左膜片孔，从单向阀下板12上的左下板孔流出。

图5和6给出本发明实施例的结构装配关系图，单向阀位于微泵的底部，它由三层结构组成，从下向上分别为单向阀下板12、单向阀膜片11、单向阀上板10。泵腔8位于单向阀的上部，它是在泵体7上加工孔而形成，单向阀上板10上的两个孔(左上板孔和右上板孔)要位于泵腔直径内。在泵腔上部是浇铸有永磁铁3的泵腔膜片6，而泵腔膜片6上方是线圈1。线圈1中心、永磁铁3中心、泵腔8中心处在一条铅垂线上。压板4压在线圈支架2的上端，而压板通过螺钉5连接在泵体7上，压板4和螺钉5主要起固定线圈1的作用。

Claims

1.电磁力驱动无回流微升精度微泵，其特征在于设有线圈、线圈支架、永磁体、压板、泵腔膜片、泵体和单向阀；

2.如权利要求1所述的电磁力驱动无回流微升精度微泵，其特征在于所述压板通过螺钉连接在泵体上。

3.如权利要求1所述的电磁力驱动无回流微升精度微泵，其特征在于所述永磁体浇注在泵腔膜片中。

4.如权利要求1所述的电磁力驱动无回流微升精度微泵，其特征在于所述泵腔膜片和单向阀膜片使用氧离子气体进行表面处理后，再将泵体和泵腔膜片两者压合在一起。

5.如权利要求1所述的电磁力驱动无回流微升精度微泵，其特征在于所述单向阀上板采用聚二甲基硅氧烷粘连在泵体的下表面。