CN108468636B - 一种利用轻质球阀的压电驱动泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用轻质球阀的压电驱动泵,包括压电陶瓷片、压电振子、连接器、橡胶膜、PDMS薄膜和七层正方形的亚克力板,其中第三亚克力板、第四亚克力板、第五亚克力板均设有流体通道,第四亚克力板上的流体通道中设有小球,所述小球随着下泵腔腔体体积的减小或增大而上浮或下沉,使得小球在流体通道中起到单向球阀的作用。在泵进出水口位置设置缓冲腔,减小流体因惯性力而带来的能量损耗,从而实现泵的高频工作,发挥压电陶瓷的高频高功率密度特性,提升泵的性能。所述小球采用聚苯乙烯材料制作,构成压电泵腔体的亚克力板用PMMA材料构成,结构简单,有利于在一次性、经济性的压电泵使用。
Description
技术领域
本发明属于压电泵领域,具体的说,它涉及一种利用轻质球阀的压电驱动泵。
背景技术
压电泵是一种新型流体驱动器。大流量、高背压、经济型微型泵在化学分析、燃料电池和水冷循环系统等微机电设备中具有很大的需求。近几十年,已经出现多种微型泵,其中压电泵是最典型的一种,具有显著的优点,如结构简单和无电磁干扰等。
现有的压电泵驱动频率受到阀的响应频率和系统惯性的限制,很难实现较高的工作频率,如超过1kHz,就难以实现压电陶瓷的高频高功率密度特性。
发明内容
本发明为了提高压电泵的工作频率及其输出性能,解决传统压电泵难以实现压电陶瓷高频高功率密度特性的问题,发明提供了一种利用轻质球阀的压电驱动泵。
一种利用轻质球阀的压电驱动泵,包括压电陶瓷片1、压电振子2、连接器3、橡胶膜5、 PDMS薄膜11和七层正方形的亚克力板。所述电陶瓷片1连接在压电振子2的上平面,压电振子2的下平面中间位置连接连接器3,所述连接器3为圆柱体,压电振子2的下平面的周边位置连接首层亚克力板,首层亚克力板为第一亚克力板4,第一亚克力板4中心设有圆孔形的上泵腔41,连接器3外圆与上泵腔41配合。
第一亚克力板4的下平面连接橡胶膜5,橡胶膜5的下侧依次连接第二亚克力板6、第三亚克力板7、第四亚克力板8、第五亚克力板9和第六亚克力板10,第六亚克力板10下侧依次连接PDMS薄膜11和第七亚克力板12。
所述第二亚克力板6中心设有圆孔形的下泵腔61,压电振子2在谐振状态下,连接器3在上泵腔41中上下往复运动,带动橡胶膜5上下往复塑性变形,下泵腔61腔体体积呈周期变化。
所述第三亚克力板7、第四亚克力板8、第五亚克力板9均分别设有六个流体通道,六个流体通道分为两行排列,每行三个流体通道,第四亚克力板8上的六个流体通道中设有小球82,所述小球82随着下泵腔61腔体体积的减小或增大而上浮或下沉,使得小球82在流体通道中起到单向球阀的作用。第六亚克力板10上设有入水口101和出水口102。所述小球82上浮时下泵腔61吸入流体,所述小球9下沉时下泵腔61排出流体,如此循环,流体连续从入水口101吸入并从出水口102泵出。
进一步限定的技术方案如下:
所述第三亚克力板7设有一排三个上圆孔71和另一排三个上三瓣孔72,所述上三瓣孔72的结构为圆孔内有人字形筋板隔开成三个孔。所述第四亚克力板8设有两排盛球孔81,每排设三个盛球孔81,所述盛球孔81的结构为圆孔内有人字形筋板隔开成三个孔,且在人字形筋板的中间连接位置被割去,并设有中心圆孔811,所述中心圆孔811内盛放小球82。所述第五亚克力板9设有一排三个下三瓣孔91和另一排三个下圆孔92,所述下三瓣孔91与上三瓣孔72的结构相同。所述下三瓣孔91、盛球孔81、上圆孔71同轴贯通,构成吸入流体通道,所述上三瓣孔72、盛球孔81、下圆孔92同轴贯通,构成泵出流体通道。
所述第七亚克力板12设有两个缓冲腔121,所述缓冲腔121为长方形槽,两个缓冲腔121分别至于入水口101、出水口102的下方,所述缓冲腔121减小流体因惯性力而带来的能量损耗。
所述小球82为聚苯乙烯材料制作,小球82的直径为1mm~5mm。
所述第一亚克力板4、第二亚克力板6、第三亚克力板7、第四亚克力板8、第五亚克力板9第六亚克力板10和第七亚克力板12均为PMMA材料制作。
本发明的有益技术效果是:
(1)使用质量较轻的聚苯乙烯作为小球阀材料,提高小球的动态特性,在泵进出水口位置设置缓冲腔,减小流体因惯性力而带来的能量损耗,从而实现泵的高频工作,发挥压电陶瓷的高频高功率密度特性,提升泵的性能,使压电泵能在超过1KHz下依然具有较好的输出特性。
(2)上三瓣孔、盛球孔和下三瓣孔构成压电泵的吸入和泵出的流体通道,当压电振子在谐振状态下向下弯曲时,连接器向上移动,带动橡胶膜向上复塑性变形,下泵腔腔体体积增大,小球被上行的流体带动向上浮起,下圆孔被浮起的小球打开,上圆孔被浮起的小球关闭,流体从下圆孔吸入下泵腔腔体;当压电振子在谐振状态下向上弯曲时,连接器向下移动,带动橡胶膜向下复塑性变形,下泵腔腔体体积减小,小球被下行的流体带动向下沉,上圆孔被下沉的小球打开,下圆孔被下沉的小球关闭,流体从上圆孔泵出下泵腔腔体;由此可见小球在流体通道中起到单向球阀的作用。
(3) 本发明构成腔体的亚克力板是PMMA材料制作,结构简单,有利于在一次性、经济性的压电泵使用。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明结构的爆炸图。
图3为本发明第三、第四、第五亚克力板结构示意图。
图4为本发明上三瓣孔结构示意图。
图5为本发明盛球孔结构示意图。
图6为本发明小球上浮状态示意图。
图7为本发明小球下沉状态示意图。
图中序号:压电陶瓷片1、压电振子2、连接器3、第一亚克力板4、上泵腔41、橡胶膜5、第二亚克力板6、下泵腔61、第三亚克力板7、上圆孔71、上三瓣孔72、第四亚克力板8、盛球孔81、中心圆孔811、小球82、第五亚克力板9、下三瓣孔91、下圆孔92、第六亚克力板10、入水口101、出水口102、PDMS薄膜11、第七亚克力板12、缓冲腔121。
具体实施方式
下面结合附图,通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
参见图1~图2,一种利用轻质球阀的压电驱动泵,包括压电陶瓷片1、压电振子2、连接器3、橡胶膜5、 PDMS薄膜11和七层正方形的亚克力板。所述电陶瓷片1连接在压电振子2的上平面,压电振子2的下平面中间位置连接连接器3,所述连接器3为圆柱体,压电振子2的下平面的周边位置连接首层亚克力板,首层亚克力板为第一亚克力板4,第一亚克力板4中心设有圆孔形的上泵腔41,连接器3外圆与上泵腔41配合。
第一亚克力板4的下平面连接橡胶膜5,橡胶膜5的下侧依次连接第二亚克力板6、第三亚克力板7、第四亚克力板8、第五亚克力板9和第六亚克力板10,第六亚克力板10下侧依次连接PDMS薄膜11和第七亚克力板12。所述第二亚克力板6中心设有圆孔形的下泵腔61。
参见图3~图5,所述第三亚克力板7设有一排三个上圆孔71和另一排三个上三瓣孔72,所述上三瓣孔72的结构为圆孔内有人字形筋板隔开成三个孔。所述第四亚克力板8设有两排盛球孔81,每排设三个盛球孔81,所述盛球孔81的结构为圆孔内有人字形筋板隔开成三个孔,且在人字形筋板的中间连接位置被割去,并设有中心圆孔811,所述中心圆孔811内盛放小球82。所述第五亚克力板9设有一排三个下三瓣孔91和另一排三个下圆孔92,所述下三瓣孔91与上三瓣孔72的结构相同。所述下三瓣孔91、盛球孔81、上圆孔71同轴贯通,构成吸入流体通道,所述上三瓣孔72、盛球孔81、下圆孔92同轴贯通,构成泵出流体通道。
所述七层正方形的亚克力板均为PMMA材料制作,使用胶接密封固定,使用DP460胶按1:2比例配置,均匀涂抹于泵体边缘,放入烤箱在60℃烤制60min。连接器4与压电振子2通过粘接剂粘接。
所述小球82的直径为2mm,流道入口直径为1.3mm,小球81起到单向阀的作用。
本发明的工作原理如下:
参见图6和图7,将信号发生器输出信号的+/-两极分别于压电片1和压电振子2的两极相连,对压电振子2输入驱动激励信号通入正弦波,压电振子2会周期性的上下弯曲振动,通过连接器3使橡胶膜5发生上下往复塑性变形,从而引起下泵腔61的腔体容积和压强的周期性变化。压电振子2在谐振状态下向下弯曲时,连接器3向上移动,带动橡胶膜5向上复塑性变形,下泵腔61的腔体容积增大,压强减小,小球82被上行的流体带动向上浮起,下圆孔92被浮起的小球82打开,上圆孔71被浮起的小球82关闭,流体经过入水口101从下圆孔92吸入下泵腔61的腔体内。
当压电振子2在谐振状态下向上弯曲时,连接器3向下移动,带动橡胶膜5向下复塑性变形,下泵腔61的腔体体积减小,压强增大,小球82被下行的流体带动向下沉,上圆孔71被下沉的小球82打开,下圆孔92被下沉的小球82关闭,流体从上圆孔泵出下泵腔61的腔体,从出水口102排出。如此不断循环往复,就实现了压电泵不断把流体从入水口101吸入,从出水口102排出这一过程。
以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种利用轻质球阀的压电驱动泵,其特征在于:包括压电陶瓷片(1)、压电振子(2)、连接器(3)、橡胶膜(5)、 PDMS薄膜(11)和七层正方形的亚克力板;所述压电陶瓷片(1)连接在压电振子(2)的上平面,压电振子(2)的下平面中间位置连接连接器(3),所述连接器(3)为圆柱体,压电振子(2)的下平面的周边位置连接首层亚克力板,首层亚克力板为第一亚克力板(4),第一亚克力板(4)中心设有圆孔形的上泵腔(41),连接器(3)外圆与上泵腔(41)配合;
第一亚克力板(4)的下平面连接橡胶膜(5),橡胶膜(5)的下侧依次连接第二亚克力板(6)、第三亚克力板(7)、第四亚克力板(8)、第五亚克力板(9)和第六亚克力板(10),第六亚克力板(10)下侧依次连接PDMS薄膜(11)和第七亚克力板(12);
所述第二亚克力板(6)中心设有圆孔形的下泵腔(61),压电振子(2)在谐振状态下,连接器(3)在上泵腔(41)中上下往复运动,带动橡胶膜(5)上下往复塑性变形,下泵腔(61)腔体体积呈周期变化;
所述第三亚克力板(7)、第四亚克力板(8)、第五亚克力板(9)均分别设有六个流体通道,六个流体通道分为两行排列,每行三个流体通道,第四亚克力板(8)上的六个流体通道中设有小球(82),所述小球(82)随着下泵腔(61)腔体体积的减小或增大而上浮或下沉,使得小球(82)在流体通道中起到单向球阀的作用;第六亚克力板(10)上设有入水口(101)和出水口(102);所述小球(82)上浮时下泵腔(61)吸入流体,所述小球(82 )下沉时下泵腔(61)排出流体,如此循环,流体连续从入水口(101)吸入并从出水口(102)泵出。
2.根据权利要求1所述的一种利用轻质球阀的压电驱动泵,其特征在于:所述第三亚克力板(7)设有一排三个上圆孔(71)和另一排三个上三瓣孔(72),所述上三瓣孔(72)的结构为圆孔内有人字形筋板隔开成三个孔;所述第四亚克力板(8)设有两排盛球孔(81),每排设三个盛球孔(81),所述盛球孔(81)的结构为圆孔内有人字形筋板隔开成三个孔,且在人字形筋板的中间连接位置被割去,并设有中心圆孔(811),所述中心圆孔(811)内盛放小球(82);所述第五亚克力板(9)设有一排三个下三瓣孔(91)和另一排三个下圆孔(92),所述下三瓣孔(91)与上三瓣孔(72)的结构相同;所述下三瓣孔(91)、盛球孔(81)、上圆孔(71)同轴贯通,构成吸入流体通道,所述上三瓣孔(72)、盛球孔(81)、下圆孔(92)同轴贯通,构成泵出流体通道。
3.根据权利要求1所述的一种利用轻质球阀的压电驱动泵,其特征在于:所述第七亚克力板(12)设有两个缓冲腔(121),所述缓冲腔(121)为长方形槽,两个缓冲腔(121)分别至于入水口(101)、出水口(102)的下方,所述缓冲腔(121)减小流体因惯性力而带来的能量损耗。
4.根据权利要求1所述的一种利用轻质球阀的压电驱动泵,其特征在于:所述小球(82)为聚苯乙烯材料制作,小球(82)的直径为1mm~5mm。
5.根据权利要求1所述的一种利用轻质球阀的压电驱动泵,其特征在于:所述第一亚克力板(4)、第二亚克力板(6)、第三亚克力板(7)、第四亚克力板(8)、第五亚克力板(9)第六亚克力板(10)和第七亚克力板(12)均为PMMA材料制作。
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