CN109356831B - 适用于封闭流体回路的压电泵及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于封闭流体回路的压电泵及制作方法，压电泵泵体上表面设有中心沉腔，下表面设有入流沉腔和出流沉腔，进液阀片安装在中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；压电振子安装在泵体上表面并将中心沉腔封盖；在泵体下表面分别安装有入流沉腔端盖和出流沉腔端盖，以各自将入流沉腔和出流沉腔封盖；在泵体上表面设有罩盖，罩盖将压电振子封盖的同时将部分泵体上表面一起封盖，罩盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡孔。本压电泵可以适应于任何工作环境，即使在真空环境下也能够正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及压电泵结构改进，具体涉及一种适用于封闭流体回路的压电泵及制作方法，属于流体机械技术领域。
背景技术
如今，压电泵已广泛应用于流体传输领域，它依靠压电振子往复振动为流体提供驱动力，通过单向阀控制流体的流向。相比于传统机械泵，压电泵具有结构简单，体积小，成本低，加工难度低等优点。
压电泵主要部件有泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子、出口管和入口管，在泵体上表面设有中心沉腔，下表面设有入流沉腔和出流沉腔，入流沉腔和中心沉腔通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；压电振子安装在泵体上表面并将中心沉腔封盖；在泵体下表面分别安装有入流沉腔端盖和出流沉腔端盖，以各自将入流沉腔和出流沉腔封盖。在泵体侧面设有进液通道和排液通道，进液通道与入流沉腔连通，排液通道和出流沉腔连通，所述入口管安装在进液通道进口端，出口管安装在排液通道出口端。
压电泵工作原理：压电振子在带电振动时，始终保持一个阀片打开另一个阀片关闭的工作状态。具体来讲，当压电振子往上振动时，中心沉腔产生负压，进液阀片打开，排液阀片关闭，此时液体通过入口管、进液通道、入流沉腔和进液孔进入中心沉腔，完成一次进液过程；当压电振子往下振动时，中心沉腔产生正压，排液阀片打开，进液阀片关闭，此时中心沉腔内的液体通过排液孔、出流沉腔、排液通道和出口管排出，完成一次排液过程。压电振子在往复振动过程中，液体即不断进入和排出，实现液体的泵送。
根据上述压电泵的工作原理可见，压电泵能够工作的前提是压电振子能够往复振动，在通常情况下，压电泵工作在开放的流体回路中（即有一部分流体回路暴露于外界大气环境中），此时压电振子内外两侧压力是平衡的，振动不存在问题。但是如果压电泵处于一个封闭的流体回路中，并且该封闭流体管道内部往往存在一定高压（例如10个大气压），那么压电振子内外两侧就存在较大的压力差，压电振子必须克服该压差引入的等效作用力，才能正常振动。这极大影响了泵送效率，甚至会使压电泵失效。因此，现有结构压电泵不适合用于封闭流体回路工作，其应用受到极大限制。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种适用于封闭流体回路的压电泵及制作方法，该压电泵可以适应于任何工作环境，即使在真空环境下也能够正常工作。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
适用于封闭流体回路的压电泵，包括泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子、出口管和入口管，所述泵体上表面设有中心沉腔，下表面设有入流沉腔和出流沉腔，入流沉腔和中心沉腔通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；压电振子安装在泵体上表面并将中心沉腔封盖；在泵体下表面分别安装有入流沉腔端盖和出流沉腔端盖，以各自将入流沉腔和出流沉腔封盖；
在泵体上设有进液通道和排液通道，进液通道与入流沉腔连通，排液通道和出流沉腔连通，所述入口管安装在进液通道进口端，出口管安装在排液通道出口端；
在泵体上表面设有罩盖，罩盖将压电振子封盖的同时将部分泵体上表面一起封盖，罩盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间或者出流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡孔。
所述罩盖上设有电极引出孔，电极引针通过电极引出孔以烧结方式安装至罩盖上，从而保证气密性，电极引针一端处于压电泵内部并通过电极引线焊接连接压电振子上表面电极，另一端处于压电泵外部，用于施加电信号，泵体是金属材质，可直接作为外加电信号的地。
所述罩盖呈带帽沿的草帽状，泵体上表面设有用于安装帽沿的沉台，罩盖的帽沿落在沉台上并与泵体固定安装，沉台的深度使泵体上表面与帽沿上表面平齐；所述电极引出孔开设在罩盖的侧壁上。
上述压电泵的制作方法，制备步骤如下，
1）准备压电陶瓷片、电极引线、电极引针；
2）利用金属材料制作泵体、进液阀片、排液阀片、金属膜片、罩盖、入流沉腔端盖、出流沉腔端盖；泵体上一体加工成型入口管和出口管；
3）将印刷有金属电极的压电陶瓷片与金属膜片键合或粘接制作出压电振子；
4）将进液阀片焊接或粘接至泵体中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片焊接或粘接至泵体出流沉腔底部并将排液孔封盖；
5）将压电振子、入流沉腔端盖、出流沉腔端盖焊接或粘接至泵体对应位置，分别封盖住中心沉腔，入流沉腔与出流沉腔；
6）将电极引针置于罩盖电极引出孔处，通过烧结的方式形成气密焊接，并用电极引线焊接连接压电振子上表面电极以及电极引针位于罩盖内一端；
7）在压电泵内部通过喷涂或化学气相沉积形成一层薄膜状的绝缘层，该绝缘层使得泵体内部电极与内部流体形成有效隔绝；
8）将罩盖置于泵体对应位置，封盖住泵体上表面，形成气压平衡腔，通过焊接或粘接的方式将罩盖与泵体连接为一体；
9）最后经过酒精、蒸馏水清洗，即制作完成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于在压电振子外加了一个罩盖，罩盖和泵体一起将压电振子封闭，同时通过增设的通道使压电振子两面相通，由于本压电泵为封闭流体回路（即介质除了通过入口管进入泵内并通过出口管泵出外，泵出的流体在封闭回路中又将继续进入入口管形成往复循环），这种情况下，流体不与外部环境接触。由此保持压电振子两面压力平衡，这样压电振子就能够可靠起振，压电泵能够可靠工作。
2、本结构只是在传统压电泵的基础上增设罩盖，对现有压电泵本身改动很小，能够适用于所有适用于封闭流体回路的压电泵的改造。
附图说明
图1是本发明压电泵剖面立体图。
图2是本发明压电泵剖面正视图。
图3是本发明制作方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参见图1和图2，从图上可以看出，本发明适用于封闭流体回路的压电泵，包括泵体1、进液阀片2、排液阀片3、压电振子4、出口管5和入口管6，所述泵体1上表面设有中心沉腔7，下表面设有入流沉腔8和出流沉腔9，入流沉腔8和中心沉腔7通过进液孔10连通，中心沉腔7和出流沉腔9之间通过排液孔11连通。进液阀片2安装在中心沉腔7底部并将进液孔10封盖，排液阀片3安装在出流沉腔9底部并将排液孔11封盖。压电振子4安装在泵体1上表面并将中心沉腔7封盖；在压电振子外露表面形成一层薄膜状的绝缘层，该绝缘层使得泵体内部电极与内部流体形成有效隔绝。在泵体1下表面分别安装有入流沉腔端盖12和出流沉腔端盖13，以各自将入流沉腔8和出流沉腔9封盖。
在泵体1上（通常在相对的两侧面）设有进液通道14和排液通道15，进液通道14与入流沉腔8连通，排液通道15和出流沉腔9连通，所述入口管6安装在进液通道14进口端，出口管5安装在排液通道15出口端。
本发明封闭流体回路指的是，介质除了通过入口管进入泵内并通过出口管泵出外，泵出的流体在封闭回路中又将继续进入入口管形成往复循环。
在泵体1上表面设有罩盖16，罩盖16将压电振子4封盖的同时将部分泵体上表面一起封盖，罩盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔17，在入流沉腔与气压平衡腔之间或者出流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡孔18。图上所示的气压平衡孔18开设在入流沉腔8与气压平衡腔17之间。
为方便压电振子电极引出，所述罩盖16上设有电极引出孔，电极引针19通过电极引出孔以烧结方式安装至罩盖16上，从而保证气密性，电极引针19一端处于压电泵内部并通过电极引线20焊接连接压电振子上表面电极，另一端处于压电泵外部，用于施加电信号。泵体是金属材质，可直接作为外加电信号的地。
所述罩盖呈带帽沿的草帽状，泵体上表面设有用于安装帽沿的沉台，罩盖的帽沿落在沉台上并与泵体固定安装，沉台的深度使泵体上表面与帽沿上表面平齐；所述电极引出孔开设在罩盖的侧壁上。该结构既方便罩盖的安装，又方便电极引线的引出。
所述电极引针外套设有套管，套管内封闭有绝缘介质以将电极引针包裹并使电极引针与套管形成为一个整体，套管的长度与电极引出孔的长度对应；套管固定在电极引出孔中。采用该结构的电极引针，本身形成一个自带绝缘功能的整体，这样只需要直接将套管与电极引出孔固定连接即可，方便电极引针从罩盖内穿出。
入流沉腔端盖和出流沉腔端盖均为薄圆片，其中入流沉腔端盖固定在所述泵体的下表面，封闭住入流沉腔的朝下开口。出流沉腔端盖固定在所述泵体的下表面，封闭住所述出流沉腔。为方便安装，在泵体下表面安装入流沉腔端盖和出流沉腔端盖的位置分别设有沉台，入流沉腔端盖和出流沉腔端盖分别安装在沉台内。安装到位后，泵体下表面和入流沉腔端盖及出流沉腔端盖构成平整的下表面。
本压电泵工作原理：压电振子在带电振动时，始终保持一个阀片打开另一个阀片关闭的工作状态。具体来讲，当压电振子往上振动时，中心沉腔产生负压，气压平衡腔产生正压，进液阀片打开，排液阀片关闭，此时液体通过入口管、进液通道、入流沉腔和进液孔进入中心沉腔，完成一次进液过程；当压电振子往下振动时，中心沉腔产生正压，气压平衡腔产生负压，排液阀片打开，进液阀片关闭，此时中心沉腔内的液体通过排液孔、出流沉腔、排液通道和出口管排出，完成一次排液过程。因为压电振子被封闭于压电泵内部，所以其上下端面所受初始压力相同；压电振子在往复振动过程中，液体即不断进入和排出，实现液体的泵送。由于本压电泵中两阀片均由金属薄片和聚合物薄膜层复合而成，故本阀片同时具有金属薄片高机械性能和聚合物薄膜层优良的密封性能，可以保证阀片在高频工作时具有良好的响应能力，并且工作寿命更长；同时可以有效防止回流从而提升压电泵的工作效率。
本压电泵制作方法如下（其流程参见图3）：
1）准备压电陶瓷片、电极引线、电极引针；
2）通过精密机加工艺利用不锈钢、铝合金或钛合金等金属材料制作泵体、进液阀片、排液阀片、金属膜片、罩盖、入流沉腔端盖、出流沉腔端盖（入口管、出口管与泵体一体加工成型，从而省去了装配过程）；
3）将印刷有金属电极的压电陶瓷片与金属膜片键合或粘接制作出压电振子；
4）将进液阀片、排液阀片焊接或粘接至泵体对应位置，分别封盖住进液孔与排液孔；
5）将压电振子、入流沉腔端盖、出流沉腔端盖焊接或粘接至泵体对应位置，分别封盖住中心沉腔，入流沉腔与出流沉腔；
6）将电极引针置于罩盖电极引出孔处，通过烧结的方式形成气密焊接，并用电极引线焊接连接压电振子上表面电极以及电极引针位于罩盖内一端；
7）为防止与流体工质长期接触的压电泵内部结构腐蚀，或者为防止压电泵内压电振子电极、电极引针以及电极引线焊点等被导电的流体工质短路，在压电泵内部通过喷涂或化学气相沉积形成一层薄膜状的绝缘层，该绝缘层使得泵体内部电极与内部流体形成有效隔绝，所述化学气相沉积材料可为聚对二甲苯，聚对二甲苯是一种能够有效防潮、防霉、防腐、防盐雾的薄膜涂层材料，具有优异的电学绝缘性能、机械性能以及化学稳定性，并且通过化学气相沉积生长的聚对二甲苯薄膜材料具有优良的台阶覆盖性，对电极引针针尖等尖端部位能够起到较好的防护作用；
8）将罩盖置于泵体对应位置，封盖住泵体上表面，形成气压平衡腔，通过焊接或粘接的方式将罩盖与泵体连接为一体；
9）最后经过酒精、蒸馏水清洗，即制作完成。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (2)
1.一种适用于封闭流体回路的压电泵的制作方法，其特征在于：
所述适用于封闭流体回路的压电泵包括泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子、出口管和入口管，所述泵体上表面设有中心沉腔，下表面设有入流沉腔和出流沉腔，入流沉腔和中心沉腔通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；压电振子安装在泵体上表面并将中心沉腔封盖；在泵体下表面分别安装有入流沉腔端盖和出流沉腔端盖，以各自将入流沉腔和出流沉腔封盖；
在泵体上设有进液通道和排液通道，进液通道与入流沉腔连通，排液通道和出流沉腔连通，所述入口管安装在进液通道进口端，出口管安装在排液通道出口端；入口管和出口管与泵体一体加工成型；
在泵体上表面设有罩盖，罩盖将压电振子封盖的同时将部分泵体上表面一起封盖，罩盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间或者出流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡孔；
所述罩盖上设有电极引出孔，电极引针外套设有套管，套管内封闭有绝缘介质以将电极引针包裹并使电极引针与套管形成为一个预先加工好的整体，套管的长度与电极引出孔的长度对应；套管固定在电极引出孔中，从而保证气密性，电极引针一端处于压电泵内部并通过电极引线焊接连接压电振子上表面电极，另一端处于压电泵外部，用于施加电信号；
入流沉腔端盖和出流沉腔端盖均为薄圆片，其中入流沉腔端盖固定在所述泵体的下表面，封闭住入流沉腔的朝下开口；出流沉腔端盖固定在所述泵体的下表面，封闭住所述出流沉腔；在泵体下表面安装入流沉腔端盖和出流沉腔端盖的位置分别设有沉台，入流沉腔端盖和出流沉腔端盖分别安装在沉台内；安装到位后，泵体下表面和入流沉腔端盖及出流沉腔端盖构成平整的下表面；
制备步骤如下，
1）准备压电陶瓷片、电极引线、电极引针；
2）利用金属材料制作泵体、进液阀片、排液阀片、金属膜片、罩盖、入流沉腔端盖、出流沉腔端盖；
3）将印刷有金属电极的压电陶瓷片与金属膜片键合或粘接制作出压电振子；
4）将进液阀片焊接或粘接至泵体中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片焊接或粘接至泵体出流沉腔底部并将排液孔封盖；
5）将压电振子、入流沉腔端盖、出流沉腔端盖焊接或粘接至泵体对应位置，分别封盖住中心沉腔，入流沉腔与出流沉腔；
6）将电极引针置于罩盖电极引出孔处，通过烧结的方式形成气密焊接，并用电极引线焊接连接压电振子上表面电极以及电极引针位于罩盖内一端；
7）在压电泵内部通过化学气相沉积形成一层薄膜状的绝缘层，该绝缘层使得泵体内部电极与内部流体形成有效隔绝；所述化学气相沉积材料为聚对二甲苯，利用化学气相沉积生长的聚对二甲苯薄膜材料具有的台阶覆盖性实现对电极引针针尖尖端部位的防护；
8）将罩盖置于泵体对应位置，封盖住泵体上表面，形成气压平衡腔，通过焊接或粘接的方式将罩盖与泵体连接为一体；
9）最后经过酒精、蒸馏水清洗，即制作完成。
2.根据权利要求1所述的适用于封闭流体回路的压电泵的制作方法，其特征在于：所述罩盖呈带帽沿的草帽状，泵体上表面设有用于安装帽沿的沉台，罩盖的帽沿落在沉台上并与泵体固定安装，沉台的深度使泵体上表面与帽沿上表面平齐；所述电极引出孔开设在罩盖的侧壁上。
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