CN105864004A - 一种微量注射串联微泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微量注射串联微泵，包括泵体、泵盖和驱动装置，所述泵体上分别开有进口腔、出口腔、第一泵腔和第二泵腔；所述进口腔与所述第一泵腔之间通过第一锥形流道连通，所述第二泵腔与所述出口腔之间通过第二锥形流道连通；所述第一泵腔与所述第二泵腔之间通过第三锥形流道连通；所述泵体与所述泵盖键合连接；所述泵盖上开设有与所述进口腔连通的进口，以及与所述出口腔连通的出口；驱动装置与所述泵体连接，通过驱动装置调整所述第一泵腔与所述第二泵腔容积变化，为所述泵体提供动力泵送液体。该微量注射串联微泵结构简单，成本低，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种微量注射串联微泵。
背景技术
微流动体系是微机电系统比较活跃的一部分，微流动体系由微型泵、微型阀、微型传感器等微流体元件组成，而微型泵作为微流动系统的动力源即执行元件，是微流动系统发展水平的重要标志。目前，随着人们对微观世界的了解与深入，人们迫切期望得到能够精确为微量气、液体提供输送的装置，于是很多学者分别采用不同的加工方法、泵体材料、驱动方式、及封装方式制作出多种类型的微型泵。微型泵可以分为机械式驱动和非机械式驱动两大类，机械式驱动可分为双金属、电磁、热气、静电、压电、记忆金属、压电堆等，非机械式可分为电液力驱动、磁液力驱动、及超声波驱动。从内部结构划分可以分为有阀微型泵和无阀微型泵。对于机械式驱动微泵大多内部构成复杂，零部件繁多，然而对于本来就制造困难的微泵零部件面临着磨损、疲劳、堵塞等可能性，这致使微泵装置稳定性下降且制作成本上升。
基于目前用于微量注射的微量泵内部结构复杂，成本高，使用寿命短的技术问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服用于微量注射的微量泵内部结构复杂，成本高，使用寿命短的技术问题，本发明提供一种微量注射串联微泵。
一方面，本发明提供了一种微量注射串联微泵，包括泵体、泵盖和驱动装置，
所述泵体上分别开有进口腔、出口腔、第一泵腔和第二泵腔；所述进口腔与所述第一泵腔之间通过第一锥形流道连通，所述第二泵腔与所述出口腔之间通过第二锥形流道连通；所述第一泵腔与所述第二泵腔之间通过第三锥形流道连通；
所述泵体与所述泵盖键合连接；所述泵盖上开设有与所述进口腔连通的进口，以及与所述出口腔连通的出口；
驱动装置与所述泵体连接，通过驱动装置调整所述第一泵腔与所述第二泵腔容积变化，为所述泵体提供动力泵送液体。
进一步地，所述驱动装置包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；
在泵体底部开设有与所述第一泵腔底连通的第一动力口，及与所述第二泵腔底连通的第二动力口；
所述第一动力口上无缝粘合有圆形结构的第一压电陶瓷片；所述第二动力口上不可逆无缝粘合有圆形结构的第二压电陶瓷片；
所述泵体底部粘合有柔性薄膜；所述柔性薄膜对应所述第一压电陶瓷片部位设置第一沉槽，所述柔性薄膜对应所述第二压电陶瓷片部位设置第二沉槽。
进一步地，所述第一锥形流道由所述进口腔向所述第一泵腔呈扩散形状；所述第二锥形流道由所述第二泵腔向所述出口腔呈扩散形状；所述第三锥形流道由所述第一泵腔向所述第二泵腔呈扩散形状。
进一步地，所述泵体上的所述进口腔、所述出口腔、所述第一泵腔、所述第二泵腔、所述第一锥形流道、所述第二锥形流道和所述第三锥形流道均采用玻璃湿法腐蚀工艺制得成型。
进一步地，所述泵盖上的所述进口和所述出口均采用磨削加工成型。
进一步地，所述泵体由玻璃镀铬制成。
进一步地，所述泵盖由玻璃镀铬制成。
进一步地，所述柔性薄膜由PDMS(聚二甲基硅氧烷)制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明体积小、结构简易、流量充足、且能够实现复杂化控制、适合批量化生产，由于本发明为整体结构为机械式驱动微泵，内部结构简单、无繁杂的零部件、避免了普通机械式驱微泵内部零件磨损、疲劳、堵塞的风险，故微泵的寿命相对较长、制作容易、且能实现集成于其他流体装置。本发明的产品可广泛用于仪表仪器、化学分析、生物科学研究、医疗器械、药物食品以及航空航天等领域。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的微量注射串联微泵的结构示意图；
图2是图1中A-A俯视事宜图；
图3和本发明实施例提供的微量注射串联微泵的第一种工作状态的工作原理示意图；
图4和本发明实施例提供的微量注射串联微泵的第二种工作状态的工作原理示意图；
图5是本发明实施例提供的微量注射串联微泵的具体模型三维结构示意图。
附图标记说明：
1、泵体；2、出口腔；3、第二锥形流道；4、柔性薄膜；5、第二泵腔；6、第二压电陶瓷片；7、第三锥形流道；8、第一泵腔；9、第一压电陶瓷片；10、第一锥形流道；11、进口腔；12、进口；13、出口；14、泵盖；。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：
如图1-图5所示，本发明实施例提供一种微量注射串联微泵，包括泵体1、泵盖14和驱动装置，所述泵体1上分别开有进口腔11、出口腔2、第一泵腔8和第二泵腔5；所述进口腔11与所述第一泵腔8之间通过第一锥形流道10连通，所述第二泵腔5与所述出口腔2之间通过第二锥形流道3连通；所述第一泵腔与所述第二泵腔之间通过第三锥形流道7连通；所述泵体1与所述泵盖14键合连接；所述泵盖14上开设有与所述进口腔11连通的进口12，以及与所述出口腔2连通的出口13；与所述泵体1连接的驱动装置，通过驱动装置调整第一泵腔8与所述第二泵腔5容积变化，为所述泵体1提供动力泵送液体。
通过驱动装置调整第一泵腔8与所述第二泵腔5容积变化，为所述泵体1提供动力泵送液体，结构简单，可批量生产，具体可以使常用的驱动装置，也可以通过压电陶瓷片的结构。
具体为，如图1-图5所示，驱动装置包括第一压电陶瓷片9和第二压电陶瓷片6；在泵体1底部开设有与所述第一泵腔8底连通的第一动力口，及与所述第二泵腔5底连通的第二动力口；所述第一动力口上无缝粘合有圆形结构的第一压电陶瓷片9；所述第二动力口上无缝粘合有圆形结构的第二压电陶瓷片6；所述泵体1底部不可逆粘合有柔性薄膜4；所述柔性薄膜4对应所述第一压电陶瓷片9部位设置第一沉槽，所述柔性薄膜4对应所述第二压电陶瓷片6部位设置第二沉槽。泵体1底部不可逆粘合有柔性薄膜4方式为，通过紫外光照射柔性薄膜4，然后使柔性薄膜4黏贴在泵体1下，使柔性薄膜变性。
另外，如图2所示，所述第一锥形流道10由所述进口腔11向所述第一泵腔8呈扩散形状；所述第二锥形流道3由所述第二泵腔5向所述出口腔2呈扩散形状；所述第三锥形流道7由所述第一泵腔向所述第二泵腔呈扩散形状。
优选的，所述泵体1上的所述进口腔11、所述出口腔2、所述第一泵腔8、所述第二泵腔5、所述第一锥形流道10、所述第二锥形流道3和所述第三锥形流道7均采用玻璃湿法腐蚀工艺制得成型。
其中，所述泵盖14上的所述进口12和所述出口13均采用磨削加工成型。
所述泵体1由7740玻璃镀铬制成。所述泵盖14由7740玻璃镀铬制成。所述柔性薄膜4由PDMS(聚二甲基硅氧烷)制成。
该微量注射串联微泵的结构原理为，如图1-图5所示，该微量注射串联微泵包括泵体1、泵盖14、第一压电陶瓷片9、第二压电陶瓷片6和柔性薄膜4。
在泵体1上开有进口腔11、第一锥形流道10、第一泵腔8、第三锥形流道7、第二泵腔5、第二锥形流道3和出口腔2。
泵盖14上开有与进口腔11连通的进口12，以及与出口腔11连通的出口13；泵体1与泵盖14无缝键合一起，将第一压电陶瓷片9与第二压电陶瓷片6无缝粘合在柔性薄膜4圆形第一沉槽和第二沉槽内然后与泵体1底部不可逆粘合；泵盖14与泵体1的材料均为7740玻璃镀铬制成。
本实例的第一锥形流道10、第二锥形流道3主要的参数包括：截面宽度B1、长度L1和锥度角α，本实例的泵腔流道7主要参数包括：截面宽度B2、长度L2和锥度角β等，第一锥形流道10由所述进口腔11向所述第一泵腔8呈扩散形状；所述第二锥形流道3由所述第二泵腔5向所述出口腔2呈扩散形状；所述第三锥形流道7由所述第一泵腔向所述第二泵腔呈扩散形状。
此锥形流道在扩张方向和收缩方向对流体的阻力不同造成流体在锥形流道的压力损失不同，将此锥形流道按照扩散形状方向置于微泵泵腔两侧和两泵腔之间，通过一系列具体实验证明，微泵能是达到数倍单泵的泵送目的。
该微量注射串联微泵的工作原理为，如图1-图5所示，当第一压电陶瓷片9和第二压电陶瓷片6通相同幅值、相位差为180°的交流正弦波信号时，该微量注射串联微泵能实现泵送功能，可将微量注射串联微泵分为四个半周期进行分析。
如图3当交流正弦波输出信号相位为90°～270°时，第一压电陶瓷片9向下运动、第二压电陶瓷片6向上运动，第一泵腔8容积增大、第二泵腔5容积减小，第一泵腔8进入“供给模式”(进液)，第二泵腔5进入“泵模式”(出液)，流体同时从第一锥形流道10、第三锥形流道7进入第一泵腔8，但是第三锥形流道7对流体的阻力较第一锥形流道10大，因此通过第一锥形流道10流入第一泵腔8的流量较第三锥形流道7要大，对于第二泵腔5，流体同时从第三锥形流道7、第二锥形流道3流出第二泵腔5，但是第三锥形流道7对流体的阻力较第二锥形流道3大，所以第二锥形流道3的流量较第三锥形流道7大些，故流体从微量注射串联微泵的进口12进入第一泵腔8，并且第二泵腔5中的流体从微量注射串联微泵的出口13流出。
如图4当交流正弦波输出信号相位为270°～90°时，第一压电陶瓷片9向上运动，第二压电陶瓷片6向下运动，第一泵腔8容积减小、第二泵腔5容积增大，第一泵腔8进入“泵模式”，第二泵腔5进入“供给模式”，流体同时从第一锥形流道10、第三锥形流道7流出第一泵腔8，但是第一锥形流道10对流体的阻力较第三锥形流道7大，因此通过第三锥形流道7流出第一泵腔8的流量较第一锥形流道10要大些，对于第二泵腔5，流体同时从第三锥形流道7、第二锥形流道3流入第二泵腔5，但是第二锥形流道3对流体的阻力较第三锥形流道7大，所以第三锥形流道7的流量较第二锥形流道3大些，故流体由第一泵腔8进入第二泵腔5以便下半个周期流体流出准备。
综上所述，从整个周期来看，流体从微泵的进口12流入、从微泵的出口13流出实现定向泵送的目的。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微量注射串联微泵，包括泵体(1)、泵盖(14)和驱动装置，其特征在于，
所述泵体(1)上分别开有进口腔(11)、出口腔(2)、第一泵腔(8)和第二泵腔(5)；所述进口腔(11)与所述第一泵腔(8)之间通过第一锥形流道(10)连通，所述第二泵腔(5)与所述出口腔(2)之间通过第二锥形流道(3)连通；所述第一泵腔与所述第二泵腔之间通过第三锥形流道(7)连通；
所述泵体(1)与所述泵盖(14)键合连接；所述泵盖(14)上开设有与所述进口腔(11)连通的进口(12)，以及与所述出口腔(2)连通的出口(13)；
驱动装置与所述泵体(1)连接，通过驱动装置调整所述第一泵腔(8)与所述第二泵腔(5)容积变化，为所述泵体(1)提供动力泵送液体。
2.根据权利要求1所述的微量注射串联微泵，其特征在于，
所述驱动装置包括第一压电陶瓷片(9)和第二压电陶瓷片(6)；
在泵体(1)底部开设有与所述第一泵腔(8)底连通的第一动力口，及与所述第二泵腔(5)底连通的第二动力口；
所述第一动力口上无缝粘合有圆形结构的第一压电陶瓷片(9)；所述第二动力口上不可逆无缝粘合有圆形结构的第二压电陶瓷片(6)；
所述泵体(1)底部粘合有柔性薄膜(4)；所述柔性薄膜(4)对应所述第一压电陶瓷片(9)部位设置第一沉槽，所述柔性薄膜(4)对应所述第二压电陶瓷片(6)部位设置第二沉槽。
3.根据权利要求1所述的微量注射串联微泵，其特征在于，所述第一锥形流道(10)由所述进口腔(11)向所述第一泵腔(8)呈扩散形状；所述第二锥形流道(3)由所述第二泵腔(5)向所述出口腔(2)呈扩散形状；所述第三锥形流道(7)由所述第一泵腔向所述第二泵腔呈扩散形状。
4.根据权利要求1所述的微量注射串联微泵，其特征在于，所述泵体(1)上的所述进口腔(11)、所述出口腔(2)、所述第一泵腔(8)、所述第二泵腔(5)、所述第一锥形流道(10)、所述第二锥形流道(3)和所述第三锥形流道(7)均采用玻璃湿法腐蚀工艺制得成型。
5.根据权利要求1所述的微量注射串联微泵，其特征在于，所述泵盖(14)上的所述进口(12)和所述出口(13)均采用磨削加工成型。
6.根据权利要求1所述的微量注射串联微泵，其特征在于，所述泵体(1)由7740玻璃镀铬制成。
7.根据权利要求1所述的微量注射串联微泵，其特征在于，所述泵盖(14)由7740玻璃镀铬制成。
8.根据权利要求1所述的微量注射串联微泵，其特征在于，所述柔性薄膜(4)由PDMS(聚二甲基硅氧烷)制成。
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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