CN1097676C

CN1097676C - 压电微型泵

Info

Publication number: CN1097676C
Application number: CN99815775A
Authority: CN
Inventors: 理查德·D·彼得斯; 查德·E·布顿; 小威廉·C·齐姆里奇
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2003-01-01
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: JP4629231B2; CN1333861A; US6368079B2; MXPA01006512A; CA2356342C; WO2000039463A1; ZA200105166B; AU2205300A; AU755023B2; JP2002533619A; CA2356342A1; US20010014286A1; NZ512584A; BR9916530A; KR20010094732A; EP1141546A1

Abstract

公开了一种压电微型泵(10)，用于以一低体积和在可控制的流速下将流体从一容器(14)泵送到一传送点。泵送动作是通过两个或三个隔膜(40，42，44)的运动产生的。每个隔膜的运动是通过一连接的压电致动器(46，48，50)的膨胀和收缩引起的。隔膜(40，42，44)的运动的协调产生了单方向的流体流动。压电致动器(46，48，50)悬在泵体(22)和隔膜(40，42，44)之间，从而隔膜(40，42，44)能够较大地弯曲。压电致动器(46，48，50)最好是双压电晶片，使隔膜(40，42，44)完成密封件和泵的双重功能。

Description

压电微型泵

发明背景

发明领域

本发明涉及用于以低体积和可控制的流速将流体从一容器泵送到一传送点的方法和装置，更具体地，涉及用压电驱动泵控制流体的传送，如将药液或悬浮液从一容器传送到一传送点。

相关技术描述

大量在诸如药品、化学和环境测试领域的流体学应用都由于样品尺寸、试剂成本或可携带性等原因而以小型存在。对这样的小型系统来说就需要有能力的和可靠的有成本效益的流体元件，包括泵。目前泵的结构通常以打开和关闭的阀为基础。这些阀倾向于由在宏观装置中工作的结构直接应用，但对于微观应用则不一定是最佳选择。这些装置要求阀座或其它类型的密封和防卡塞机构，且通常限于相对较小的完全开放的间隙。

许多微型泵用于将少量流体传送到一传送点。一些泵含有一种当受到电压引起的电应力时会改变尺寸的压电元件。Smits的美国专利4938742描述了一种带有压电阀的微型泵。这些阀包括由一单层压电材料覆盖的隔膜，该隔膜对阀的控制和弯曲可能性进行限制。

Ooumi等人的美国专利5611676显示了悬臂双压电晶片的应用。双压电晶片具有两层由一薄垫片分隔的压电材料。在两层双压电晶片上施加一个电场会使其中一层伸长而另一层收缩。最终结果是产生一个远大于单独压电陶瓷元件长度或厚度变形度的曲率。但Ooumi等人的微型泵将双压电晶片仅仅用作打开和关闭开口的单功能密封件或单功能泵，而不是用作多功能密封件和泵。

本发明设想一种在结构简单、使用效率高且小型化的新的和改进的压电微型泵。这种新的和改进的压电微型泵以低能量消耗提供增加的流体流速。它克服了前述的困难和其它问题，同时提供更好的和更有利的整体效果。

发明概述

根据本发明，提供了一种新的和改进的压电微型泵，以可控制的流速将精确的少量流体从一容器泵传送到一传送点。

根据本发明的一个方面，公开了一种将流体从一流体容器泵送到一个传送点的微型泵，包括一个泵体，该泵体具有一个贯穿其中并从该流体容器伸向该传送点的通道。该泵体具有与该通道交叉的第一、第二和第三空腔。一覆盖该第一空腔的第一隔膜，当该第一隔膜升高和降低时，该第一隔膜打开和关闭该通道。一第一隔膜夹头，用于将该第一隔膜固定到该泵体上。一第一悬臂压电致动器，用于升高和降低该第一隔膜。该第一悬臂压电致动器具有一第一端和一第二端，该第一端可操作地联接到该第一隔膜上。一第一致动器夹头，用于将该第一悬臂压电致动器的该第二端固定到该泵体上。一覆盖该第二空腔的第二隔膜，当第二隔膜升高和降低时，该第二隔膜打开和关闭该通道。一第二隔膜夹头，用于将该第二隔膜固定到该泵体上。一第二悬臂压电致动器，用于升高和降低该第二隔膜。该第二悬臂压电致动器具有一第一端和一第二端，该第一端可操作地联接到该第二隔膜上。一第二致动器夹头，用于将该第二悬臂压电致动器的该第二端固定到该泵体上。一覆盖该第三空腔的第三隔膜。当该第三隔膜升高和降低时，该第三隔膜打开和关闭该通道。该第三隔膜通过该第一隔膜夹头固定到该泵体上。一第三悬臂压电致动器，用于升高和降低该第三隔膜。该第三悬臂压电致动器具有一第一端和一第二端，该第一端可操作地联接到该第三隔膜上，该第三悬臂压电致动器的该第二端通过该第一致动器夹头固定到该泵体上。一电子控制电路，以预定间隔用于向该第一、第二和第三悬臂压电致动器施加电压，用于升高和降低该第一、第二和第三隔膜，从而促使该流体流过该通道。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于将流体从一流体容器泵送到一传送点的微型泵，包括：

一个泵体，该泵体具有一个贯穿其中并从该流体容器通向该传送点的通道。该泵体具有与该通道交叉的第一和第二空腔。一覆盖该第一空腔的第一隔膜。该第一压电致动器具有一第一端和一第二端，该第一端可操作地联接到该第一隔膜上。当第一隔膜响应一第一压电致动器而升高和降低时，该第一隔膜打开和关闭该通道。一覆盖该第二空腔的第二隔膜。当第二隔膜升高和降低时，该第二隔膜打开和关闭该通道。一固定装置，用于将该第一和第二隔膜固定到该泵体上。一第二压电致动器，用于升高和降低该第二隔膜。该第二压电致动器具有一第一端和一第二端，该第一端可操作地联接到该第二隔膜上。第一和第二压电致动器的第二端固定到该泵体上，而这些致动器的第一端从泵体悬出。一电子装置，向该第一和第二压电致动器施加电压，使该第一和第二压电致动器升高和降低该第一和第二隔膜。

根据本发明的另一方面，微型泵的泵体具有与该通道交叉的第三空腔。该微型泵还包括一覆盖该第三空腔的第三隔膜。当该第三隔膜升高和降低时，该第三隔膜打开和关闭该通道。该第三隔膜由该固定装置夹到该泵体上。一用于升高和降低该第三隔膜的第三压电致动器。该第三压电致动器具有一第一端和一第二端，该第一端可操作地联接到该第三隔膜上。该第三压电致动器的该第二端由该悬臂固定装置固定到该泵体上。该电子装置向该第三压电致动器施加一电压，使该第三压电致动器升高和降低该第三隔膜。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于将流体从一流体容器泵送到一传送点的微型泵，该泵包括一个泵体。泵体具有一贯穿其中并从该流体容器通向该传送点的通道。该泵体具有与该通道交叉的第一和第二空腔。一第一泵送装置，用于在该第一空腔处打开和关闭该通道并产生一促进该流体流过该通道的真空。一第一压电致动器，用于致动该第一泵送装置。一第二泵送装置，用于在该第二空腔处打开和关闭该通道并产生一促进该流体流过该通道的真空。一第二压电致动器，用于致动该第二泵送装置；一电子装置，用于向该第一和第二压电致动器施加电压，使该第一和第二压电致动器致动该第一和第二泵送装置。

根据本发明的另一方面，该泵体具有一与该通道交叉的第三空腔。该微型泵还包括一第三泵送装置，用于在该第三空腔处打开和关闭该通道并产生一促进该流体流过该通道的真空。一第三压电致动器，用于致动该第三泵送装置。电子装置，用于向该第三压电致动器施加电压，使该第三压电致动器致动该第三泵送装置。

根据本发明另一方面，公开了一种将流体从一流体容器泵送到一个传送点的微型泵。该微型泵具有一泵体，该泵体具有一个贯穿其中并从该流体容器通向该传送点的通道，及与该通道交叉的第一和第二空腔。该微型泵包括分别覆盖该第一和第二空腔的第一和第二隔膜。该微型泵还包括分别具有一第一端和一第二端的第一和第二压电致动器。该致动器的第一端可操作地联接到相应的隔膜上，第二端联接到该泵体上，以限定一用于该第一隔膜的悬臂支承件。该泵还包括一电源，用于选择性地向该第一和第二压电致动器中的每一个施加电压，使该第一和第二压电致动器升高和降低相应的隔膜。当第一和第二隔膜由压电致动器升高和降低时，它们分别打开和关闭该通道。

上述微型泵中的压电致动器可以是双压电晶片。在这种泵中，第一和第二隔膜的致动控制泵送和阀调节。

根据本发明另一方面，公开了一种将流体从一流体容器泵送到一个传送点的微型泵。该微型泵具有一个泵体，该泵体具有一个贯穿其中并从该流体容器通向该传送点的通道，及与该通道交叉的第一和第二空腔。该微型泵包括分别覆盖该第一和第二空腔的第一和第二隔膜。该微型泵还包括分别具有一第一端和第二端的第一和第二双压电晶片。该第一端分别可操作地联接到该第一和第二隔膜上，该第二端联接到该泵体上。该微型泵还包括一电源，用于选择性地向该第一和第二压电致动器中的每一个施加电压，以升高和降低相应隔膜。当第一第二隔膜由压电致动器升高和降低时它们分别打开和关闭通道。向该第一压电致动器施加电压可移动该第一隔膜，在该第一空腔中限定一第一储槽，从该容器中抽出流体，经该入口进入该第一储槽，而向该第一压电致动器施加一相反电压可在相反方向移动该第一隔膜，将该第一储槽中的流体推入位于该第一隔膜下游的该通道中并密封该第一空腔。

根据本发明的另一方面，向该微型泵中的第二压电致动器施加电压可移动该第二隔膜，在该第二空腔中限定一第二储槽，将流体从位于该第一储槽下游的通道中抽入该第二储槽，而向该第二压电致动器施加一相反电压可在相反方向移动该第二隔膜，将该第二储槽中的流体推入位于该第二储槽下游的该通道中并密封该第二空腔。

根据本发明的另一方面，公开了一种通过一微型泵将流体从一流体容器泵送到一传送点的方法。该微型泵包括一泵体，该泵体具有一个贯穿其中的通道及与该通道交叉的第一和第二空腔，第一和第二隔膜覆盖该第一和第二空腔，第一和第二压电致动器悬在泵体与该第一和第二隔膜之间，以升高和降低该第一和第二隔膜。该方法包括下列步骤：致动该第一压电致动器，以升高该第一隔膜，从而允许流体流过该通道，从该容器到达该第一空腔；致动该第二压电致动器，以升高该第二隔膜，致动该第一压电致动器以降低该第一隔膜，从而允许流体流过该通道，从该第一空腔到达该第二空腔；及致动该第二压电致动器，以降低该第二隔膜，从而允许流体流过该通道到达该传送点。

根据本发明另一方面，该泵体具有一与该通道交叉的第三空腔，并且该微型泵还包括一覆盖该第三空腔的第三隔膜及用于升高和降低该第三隔膜的第三压电致动器。该方法还包括下列步骤：致动该第三压电致动器以升高该第三隔膜，同时致动该第二压电致动器以降低该第二隔膜，从而允许流体流过该通道，从该第二空腔到达该第三空腔；及致动该第三压电致动器以降低该第三隔膜，从而允许流体流过该通道到达该传送点。

本发明的一个优点是，微型泵可以控制流体流动的精确流量，这对于需要以精确数量或以可控制流速进行分配的药剂和其它流体来说特别有利。

本发明的另一个优点是，每个压电致动器和隔膜组件既用作微型泵通道的闸门，又用作促进流体流过微型泵的泵。

本发明的另一个优点是，流体的流速可通过改变施加在压电致动器上的电压水平而控制，从而控制弯曲量和隔膜升高到的水平。

本发明的另一个优点是，流体的流速可通过改变压电致动器的泵送循环的频率而控制。

本发明的另一个优点是，向压电致动器逐步施加一不断增加和不断减少的电压能够稳定流体穿过微型泵的流动。

本发明的另一个优点是，与压电圆盘相比，将压电致动器悬在泵体和隔膜之间增加了隔膜弯曲，使得在控制能量消耗的情况下流体流量最大。

对于本领域技术人员来讲，本发明的另外一些好处和优点将在阅读和理解下面的详细说明后变得明白。

附图简述

本发明在某些部分和部分结构中可采取实际形式，一优选实施例将在说明书中详细描述，并在形成其一部分的附图中表示出来，其中：

图1是一压电微型泵的透视图；

图2是图1中压电微型泵的分解视图；

图3是沿图1中线3-3取的压电微型泵的剖面图；

图4是压电致动器的侧面透视图；

图5A-5E是表示压电微型泵的泵送循环的示意图；

图6是用于压电微型泵实施例的电子控制电路波形的图线；

图7是带有两个隔膜的压电微型泵另一实施例的侧视图；

图8是用于净化流体通道的压电微型泵特征装置一替换实施例的透视图。

优选实施例的描述

参照附图，附图仅用于图示本发明优选实施例的目的，并不对其进行限制，图1是一微型泵10的透视图，该微型泵10用于将数量精确的流体从一容器14传送到一传送点18。微型泵10包括一泵体22。在一优选实施例中，泵体22最好由模制或机加工塑料如迭尔林制成。

对于药学或其它应用来讲，泵体22可由抗菌材料制成或设有抗菌涂层。抗菌材料和涂层应该是非渗漏的。泵体22和其它元件最好和杀菌技术相匹配，使微型泵10可以无菌包装。

继续参照图1，图2中显示微型泵10的一个分解视图。泵体22内部是一个通道26。通道26最好是在泵体22中模制或机加工而成，并和将被泵送的流体物理匹配，该流体包括液体溶液和微小悬浮物。通道26和所有其它与流体接触的泵表面与将被泵送的流体化学匹配。通道26从与容器14可互换联接的入口30流经泵体22到达图3中所示出口32和传送点18。

如图3所示，图3是沿图1中线3-3所取的剖视图，继续参照图1和图2，通道26最好以Z字型方式从入口30经泵体22流到出口32。通道26与三个通道空腔34、36、38相交并在此处打开。空腔34、36、38最好由非渗漏的弹性体隔膜40、42、44覆盖。隔膜40、42、44最好由硅树脂盘制成并可具有大约0.005英寸的厚度且在泵中有大约12毫米的直径，该盘的泵送能力大约在10-100微升/秒的范围内。当隔膜40、42、44在空腔34、36、38中被紧紧固定压靠在泵体22上时，通道26在每个空腔34、36、38处被关闭。当从空腔34、36、38中拉出隔膜40、42、44时，通道26的相应部分打开。

继续参照图1、2和3，压电致动器46、48、50分别在第一端64、66、68处连接到隔膜40、42、44上。在优选实施例中，用硅树脂粘结剂或其它匹配的粘结剂将隔膜40、42、44连接到压电致动器46、48、50上。但也可以使用任何适当的连接方式。例如，隔膜40、42、44中可设槽以接收压电致动器46、48、50的第一端，或者隔膜40、42、44和压电致动器46、48、50可以模制形成一整体。

压电致动器46、48、50可以通过致动器夹头78、80安装到泵体22上。在本发明的一个实施例中，致动器夹头78、80是与泵体22分开设计的件。但致动器夹头78、80也可以与泵体22形成一体。将压电致动器46、48、50的第二端70、72、74夹到泵体22上创造了一个悬臂安装系统。对于压电致动器46、48、50来讲，悬臂安装系统和双压电晶片元件的使用是最有利于在给定的施加电压下实现的压电弯曲达到最大。当电压施加到压电致动器46、48、50上时，第二端70、72、74保持静止而第一端64、66、68相对于泵体22移动，因而升高和降低隔膜40、42、44。隔膜40、42、44的其中一个的弯曲打开了穿过泵体22延伸的通道26的对应部分。在优选实施例中，隔膜40、42、44通过隔膜夹头84、86与空腔34、36、38中的泵体22进一步保持接触。

压电致动器46、48、50最好是双压电晶片致动器。图4是其中一个压电致动器46的详细视图。压电致动器46优选地包括两层由一薄垫片60分开的压电陶瓷54、56，薄垫片60最好由铜或适当的碳纤维材料制成。在两层压电陶瓷材料54、56上施加一电场，会导致一层压电陶瓷54膨胀而另一层压电陶瓷56收缩。最终结果是产生一个远大于单独压电陶瓷元件54、56长度或厚度限制的曲率。在能够以大约每秒10-100微升进行泵送的泵中，压电致动器46可具有一大约0.075英寸的宽度和一大约1.0英寸的悬臂长度。优选的压电陶瓷54、56是5H级锆钛酸铅。5A级压电陶瓷也可以使用，但要求高电压来完成与5H级压电陶瓷相似的运动。双压电晶片的使用能够使隔膜40、42、44起到密封件和泵的双重功能。隔膜40、42、44其中一个在一个方向上的移动打开了对应的空腔34、36、38，以形成一流体储槽。隔膜40、42、44在相反方向上的移动迫使流体从储槽和空腔34、36、38中流出来。

继续参照图1、2和3，图5A至5E显示了微型泵10的泵送循环。每个隔膜40、42、44由一压电致动器46、48、50独立控制。在泵送循环过程中，压电致动器46、48、50一起沿一单向流动方向将流体从容器14输送到传送点18。该单向流动方向及隔膜40、42、44的密封活动保持了液体的整体性。

如图5A所示，当微型泵10处于休息状态时，每个隔膜40、42、44位于压靠空腔34、36、38的下部位置，从而在每个空腔34、36、38处关闭通道26。在第一操作步骤中，如图5B所示，第一隔膜40通过向压电致动器46施加一电压而弯曲或升高，从而移动压电致动器46的第一端64。升高隔膜40在空腔34的通道26中产生一真空，因此将流体从容器14抽出经入口30到达由升高隔膜40在空腔34中产生的储槽中。如这里使用的，“升高”隔膜意思是移动隔膜到一个打开或非密封位置，尽管这种运动不一定是沿向上方向。类似地，“降低”隔膜意思是移动隔膜到一个关闭或密封位置，尽管这种运动不一定沿向下方向。

图5C中显示了泵送循环的第二步骤。在压电致动器48上施加一电压以升高隔膜42，在空腔36处的通道26中产生一真空。同时，在压电致动器46施加一相反电压，使第一端64降低隔膜40。由隔膜42在空腔36中产生的真空以及隔膜40的降低使流体从空腔34中产生的储槽中流到空腔36中产生的储槽中。

图5D显示了泵送循环的下一步骤。在压电致动器50施加一电压，使压电致动器50的第一端68升高隔膜44，在空腔38中产生一真空。同时，在压电致动器48上施加一相反电压，使压电致动器48的第一端66将隔膜42降低到储槽中。通过升高隔膜44和降低隔膜42产生的真空推动流体穿过通道26到达空腔38。

图5E显示了泵送循环的最后步骤，在压电致动器50上施加一相反电压，降低压电致动器50的第一端68并降低隔膜44。隔膜44的降低推动流体从空腔38中产生的储槽中流出经过通道26和出口32到达传送点18。

图6显示了在微型泵10的理论操作过程中在压电致动器46、48、50上施加电压而泵送水的图表。以1表示的图线表示施加在第一压电致动器46上的电压。以2表示的图线表示施加在第二压电致动器48上的电压。以3表示的图线表示施加在第三压电致动器50上的电压。全部三个图线1、2、3显示在一起，时间沿X轴。每个电压以图线1、2、3中所示的那样逐步增加的方式施加，以防止在微型泵10运行过程中致动器的振动和听得见的噪音，并促进穿过通道26平稳流动。在压电致动器46、48、50上施加电压是由一在图1中表示的、电子领域技术人员公知的控制电路88控制。图线1的顶点大致对应于图5B中所示的泵送循环步骤。图线2的顶点大致对应于图5C中所示的泵送循环步骤。图线3的顶点大致对应于图5D中所示的泵送循环步骤。电压的逐步增加以及对各致动器致动的计时有助于控制单向流动和使回流最小。波动形式和计时可根据待泵送的流体及所需的流体输出量的变化而变化。

在优选实施例中，施加在压电致动器46、48、50上的最大电压是120伏。如果用电池向压电致动器46、48、50供电，则一般电池的电压必须由控制电路88递增，以提供充足的电压以便在压电致动器46、48、50上产生压电效应。在优选实施例中，如图1所示，电压通过连接到压电致动器46、48、50上的导线90、92施加。但也可使用任何其它适当的向压电致动器46、48、50施加电压的方法，包括但不限于，使用导电条板或其它适当材料。

流体通过微型泵10的流速可以通过下面三种方法中的一种或者方法的组合来控制。控制流体通过微型泵10的流速的第一种优选方法是通过提高或降低泵送循环频率。泵送循环频率可通过对控制电路88进行编程以加速或减慢向压电致动器46、48、50施加电压来进行控制。

控制流体通过微型泵10的流速的第二种方法是控制施加到压电致动器46、48、50上的电压水平。向压电致动器46、48、50上施加一低电压减少了压电致动器46、48、50的弯曲量，从而限制隔膜40、42、44将上升到的高度。而隔膜40、42、44的位移量则随之限制了在泵运行过程中在空腔34、36、38中产生的真空度。真空度越小，从容器14中抽出并流过微型泵10的流体的量越小。

控制流体通过微型泵10的流速的第三种方法是控制通道26的直径。通道26的直径越大，流经微型泵10的流体的量就越大。

在本发明的优选实施例中，流体流经微型泵10的流速在约每秒10微升到约每秒100微升之间。压电致动器46、48、50的精确运动在低流速下提供了紧公差。每一剂量使用多个隔膜循环在低体积下提供了紧公差。

容器14可以是如图1所示的一个开口储槽，或者容器14可以是一个密封的可折叠容器。如果使用一开口储槽，则微型泵10必须保持一大致竖直的定向，容器14位于泵体22顶部。如果使用一密封的可折叠容器，则微型泵10可用于多种定位。但即使使用一密封的可折叠容器，当以容器14位于泵体22顶部的方式定位时，本微型泵10的模型继续良好地工作。定位上的变化，以及伴随定位变化，重力效应水头压力会变化，可能会影响流体经微型泵10的流速。

图7表示本发明一可替换实施例，其中微型泵10’的特点是一泵体22’，该泵体22’带有两个由两隔膜40’、42’覆盖的空腔34’、36’。两隔膜40’、42’连接到升高和降低隔膜40’、42’的两个压电致动器46’、48’上。图7中的微型泵10’以和微型泵10相同的方式运行和工作，但如图1、2和3所示，带有三个隔膜40、42、44的微型泵10是最好的，因为它提供了更多的控制。微型泵10’也比微型泵10更容易受到来自容器14’的水头压力，由于当流体从第一空腔34’流向第二空腔36’时通道26’是完全打开的。将一处于正压力下的流体容器与微型泵10’一起使用可以克服这些问题。

微型泵10可包括一净化部件，用于在微型泵10运行之后从通道26清除残余的流体。净化微型泵10的流体有利于防止微生物在通道26中成长，特别是在出口32附近，或者防止残余物聚积在通道26中。如下面所描述的，净化部件可包括一装置，该装置用于引进一种净化介质并使净化介质流过通道26。

图8表示本发明的一实施例，结合了用于在微型泵10”运行之后净化通道26”的装置。净化部件包括一用于将一净化介质引进到通道26”的一个入口31”。泵体22”有一个从一入口31”延伸到一出口32”的通道26”。通道26”与三个通道空腔34”、36”、38”交叉。这些空腔34”、36”、38”最好由弹性体隔膜40”、42”、44”覆盖。第二和第三隔膜42”、44”分别由上述的压电致动器48”、50”控制。一第二入口31”同样位于泵体22”中，通向第一空腔34”。一隔膜40”覆盖第一空腔34”。一第一压电致动器46”在通道26”通向入口30”的部分上升高和降低隔膜40”，一第二压电致动器47”在第二入口31”以及通道26”通向第二空腔36”的部分的上方升高和降低隔膜40”。在微型泵10”的运行过程中，压电致动器46”、48”、50”如在前述实施例中描述的那样升高和降低隔膜40”、42”、44”。

净化可通过在泵送循环完成后将一净化介质，可以是过滤空气、水、一净化流体或任何其它适当材料，通过入口31”引入微型泵10”中而完成。在净化过程中，压电致动器46”密封了通向入口30”的通道26”。可使用三种方法移动净化介质通过通道26”。第一种，净化介质可通过第二入口31”引进，并以上述方式泵送通过微型泵10”，不同之处在于，用压电致动器47”代替压电致动器46”升高和降低隔膜40”。第二种，可在压电致动器47”、48”、50”保持隔膜40”、42”、44”打开的情况下在压力下经过第二入口31”提供净化介质，从而允许净化介质吹过通道26”。第三种，每个隔膜40”、42”、44”可通过致动器40”、42”、44”保持打开，因而当一机构(未显示)在出口32”推动净化介质穿过时允许净化介质进入入口31”并穿过通道26”。该机构例如可以是电水力的喷射装置。虽然公开了将净化介质引进到微型泵10”中的一种方法和装置，但应该理解，也可以使用其他方法和装置在或靠近入口30”或第一隔膜40”处引进被泵送、推动或拉动穿过微型泵10”的净化介质。

在本发明的又一个实施例中，隔膜40、42、44可由在空腔34、36、38中移动而导引流体流动的活塞或其它泵送装置取代。

上面已经描述了优选实施例。本领域技术人员很明白，在不脱离本发明的总体范围的前提下，可以对上述方法进行改变和修正。在落入附属权利要求及其等同物的范围内的情况下，所有这些改变和修正都将包括在内。

Claims

1.一种将流体从一流体容器泵送到一个传送点的微型泵，包括：

一个泵体，所述泵体具有一个贯穿其中并从所述流体容器通向所述传送点的通道，所述泵体具有与所述通道交叉的第一、第二和第三空腔；

一覆盖所述第一空腔的第一隔膜，当所述第一隔膜升高和降低时，所述第一隔膜打开和关闭所述通道；

一第一隔膜夹头，用于将所述第一隔膜固定到所述泵体上；

一第一悬臂压电致动器，用于升高和降低所述第一隔膜，所述第一悬臂压电致动器具有一第一端和一第二端，所述第一端可操作地联接到所述第一隔膜上；

一第一致动器夹头，用于将所述第一悬臂压电致动器的所述第二端固定到所述泵体上；

一覆盖所述第二空腔的第二隔膜，当第二隔膜升高和降低时，所述第二隔膜打开和关闭所述通道；

一第二隔膜夹头，用于将所述第二隔膜固定到所述泵体上；

一第二悬臂压电致动器，用于升高和降低所述第二隔膜，所述第二悬臂压电致动器具有一第一端和一第二端，所述第一端可操作地联接到所述第二隔膜上；

一第二致动器夹头，用于将所述第二悬臂压电致动器的所述第二端固定到所述泵体上；

一覆盖所述第三空腔的第三隔膜，当所述第三隔膜升高和降低时，所述第三隔膜打开和关闭所述通道，所述第三隔膜通过所述第一隔膜夹头夹到所述泵体上；

一第三悬臂压电致动器，用于升高和降低所述第三隔膜，所述第三悬臂压电致动器具有一第一端和一第二端，所述第一端可操作地联接到所述第三隔膜上。所述第三悬臂压电致动器的所述第二端通过所述第一致动器夹头固定到所述泵体上；及

一电子控制电路，用于向所述第一、第二和第三悬臂压电致动器施加电压，用于升高和降低所述第一、第二和第三隔膜，从而促使所述流体流过所述通道。

2.如权利要求1所述的微型泵，其中所述泵体具有一第一侧和一第二侧，所述第一和第三空腔位于所述泵体的所述第一侧，所述第二空腔位于所述泵体的所述第二侧。

3.一种用于将流体从一流体容器泵送到一传送点的微型泵，包括：

一个泵体，所述泵体具有一个贯穿其中并从所述流体容器通向所述传送点的通道，所述泵体具有与所述通道交叉的第一和第二空腔；

一第一压电致动器，用于升高和降低所述第一隔膜，所述第一压电致动器具有一第一端和一第二端，所述第一端可操作地联接到所述第一隔膜上；

固定装置，用于将所述第一和第二隔膜固定到所述泵体上；

一第二压电致动器，用于升高和降低所述第二隔膜，所述第二压电致动器具有一第一端和一第二端，所述第一端可操作地联接到所述第二隔膜上；

悬臂固定装置，用于以一悬臂方式将所述第一压电致动器的所述第二端及所述第二压电致动器的所述第二端固定到所述泵体上；及

电子装置，用于向所述第一和第二压电致动器施加电压，使所述第一和第二压电致动器升高和降低所述第一和第二隔膜。

4.如权利要求3所述的微型泵，其中所述泵体具有与所述通道交叉的第三空腔，所述微型泵还包括：

一覆盖所述第三空腔的第三隔膜，当所述第三隔膜升高和降低时，所述第三隔膜打开和关闭所述通道，所述第三隔膜由所述固定装置夹到所述泵体上；

一用于升高和降低所述第三隔膜的第三压电致动器，所述第三压电致动器具有一第一端和一第二端，所述第一端可操作地联接到所述第三隔膜上，所述第三压电致动器的所述第二端由所述悬臂固定装置以悬臂方式固定到所述泵体上，所述电子装置向所述第三压电致动器施加一电压，使所述第三压电致动器升高和降低所述第三隔膜。

5.如权利要求4所述的微型泵，其中所述泵体具有一第一侧和一第二侧，所述第一和第三空腔位于所述泵体的所述第一侧，所述第二空腔位于所述泵体的所述第二侧。

6.如权利要求4所述的微型泵，其中所述第一、第二和第三压电致动器分别包括：

第一层压电材料；

第二层压电材料；及

一分隔所述第一和第二层的薄垫片。

7.如权利要求6所述的微型泵，其中所述压电材料是5H级锆钛酸铅。

8.如权利要求6所述的微型泵，其中所述薄垫片是铜。

9.如权利要求6所述的微型泵，其中所述薄垫片是一碳纤维成分。

10.如权利要求5所述的微型泵，其中所述固定装置包括：

一第一隔膜夹头，用于将所述第一和第三隔膜固定到所述泵体上；及

一第二隔膜夹头，用于将所述第二隔膜固定到所述泵体上。

11.如权利要求5所述的微型泵，其中所述固定包括：

一夹头，用于将所述第一、第二和第三隔膜固定到所述泵体上。

12.如权利要求11所述的微型泵，其中所述悬臂固定装置包括所述夹头。

13.如权利要求5所述的微型泵，其中所述悬臂固定装置包括：

一第一致动器夹头，用于将所述第一压电致动器的所述第二端及所述第三压电致动器的所述第二端固定到所述泵体上；及

一第二致动器夹头，用于将所述第二压电致动器的所述第二端固定到所述泵体上。

14.如权利要求13所述的微型泵，其中所述第一和第二致动器夹头与所述泵体成一体。

15.如权利要求6所述的微型泵，其中所述电子装置包括：

一电子控制电路，用于向所述第一、第二和第三压电致动器施加电压，用于升高和降低所述第一、第二和第三隔膜，从而促使所述流体流过所述通道。

16.如权利要求15所述的微型泵，其中所述电子控制电路还包括：

用于逐步地向每一个所述第一、第二和第三压电致动器的所述第一和第二层施加电压的装置。

17.一种用于将流体从一流体容器泵送到一传送点的微型泵，包括：

第一泵送装置，用于在所述第一空腔处打开和关闭所述通道并产生一促进所述流体流过所述通道的真空；

一第一压电致动器，用于致动所述第一泵送装置；

第二泵送装置，用于在所述第二空腔处打开和关闭所述通道并产生一促进所述流体流过所述通道的真空；

一第二压电致动器，用于致动所述第二泵送装置；

电子装置，用于向所述第一和第二压电致动器施加电压，使所述第一和第二压电致动器致动所述第一和第二泵送装置，其中所述压电致动器的尺寸不依赖于所述泵送装置的尺寸。

18.如权利要求17所述的微型泵，其中所述泵体具有一与所述通道交叉的第三空腔，所述微型泵还包括：

第三泵送装置，用于在所述第三空腔打开和关闭所述通道并产生一促进所述流体流过所述通道的真空；

一第三压电致动器，用于致动所述第三泵送装置；及

电子装置，用于向所述第三压电致动器施加电压，使所述第三压电致动器致动所述第三泵送装置。

19.如权利要求18所述的微型泵，其中所述第一泵送装置包括一可与所述第一空腔配合的第一活塞。

20.如权利要求19所述的微型泵，其中所述第二泵送装置包括一可与所述第二空腔配合的第二活塞。

21.如权利要求20所述的微型泵，其中所述第三泵送装置包括一可与所述第三空腔配合的第三活塞。

22.如权利要求18所述的微型泵，其中所述第一泵送装置包括可与所述第一空腔配合的第一隔膜。

23.如权利要求22所述的微型泵，其中所述第二泵送装置包括可与所述第二空腔配合的第二隔膜。

24.如权利要求23所述的微型泵，其中所述第三隔膜包括可与所述第三空腔配合的第三隔膜。

25.如权利要求17所述的微型泵，还包括一与该通道相通的开口容器。

26.如权利要求17所述的微型泵，还包括一与该通道相通的关闭、密封的容器。

27.一种通过一微型泵将流体从一流体容器泵送到一传送点的方法，所述微型泵具有一个贯穿其中的通道及与所述通道交叉的第一和第二空腔，第一和第二隔膜覆盖所述第一和第二空腔，第一和第二压电致动器以悬臂方式安装到所述第一和第二隔膜上，以升高和降低所述第一和第二隔膜，所述方法包括下列步骤：

致动所述第一压电致动器，以升高所述第一隔膜，从而允许流体流过所述通道，从所述容器到达所述第一空腔；

致动所述第二压电致动器，以升高所述第二隔膜，致动所述第一压电致动器以降低所述第一隔膜，从而允许流体流过所述通道，从所述第一空腔到达所述第二空腔；及

致动所述第二压电致动器，以降低所述第二隔膜，从而允许流体流过所述通道到达所述传送点。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述泵体具有一与所述通道交叉的第三空腔，所述微型泵还包括一覆盖所述第三空腔的第三隔膜及用于升高和降低所述第三隔膜的第三压电致动器，所述方法还包括下列步骤：

致动所述第三压电致动器以升高所述第三隔膜，同时致动器所述第二压电致动器以降低所述第二隔膜，从而允许流体流过所述通道，从所述第二空腔到达所述第三空腔；及

致动所述第三压电致动器以降低所述第三隔膜，从而允许流体流过所述通道到达所述传送点。

29.一种将流体从一流体容器泵送到一个传送点的微型泵，包括：

一具有一第一端和一第二端的第一压电致动器，所述第一端可操作地联接到所述第一隔膜上，所述第二端联接到所述泵体上以限定一用于所述第一隔膜的悬臂支承件；

一具有一第一端和一第二端的第二压电致动器，所述第一端可操作地联接到所述第二隔膜上，所述第二端联接到所述泵体上以限定一用于所述第二隔膜的悬臂支承；

一电源，用于选择性地向所述第一和第二压电致动器中的每一个施加电压，使所述第一和第二压电致动器升高和降低相应的隔膜。

30.如权利要求29所述的微型泵，其中所述压电致动器是双压电晶片。

31.如权利要求29所述的微型泵，其中所述第一和第二隔膜的致动控制泵送和阀调节。

32.一种将流体从一流体容器泵送到一个传送点的微型泵，包括：

一具有一第一端和第二端的第一双压电晶片致动器，所述第一端可操作地联接到所述第一隔膜上，所述第二端联接到所述泵体上；

一具有一第一端和第二端的第二双压电晶片致动器，所述第一端可操作地联接到所述第二隔膜上，所述第二端联接到所述泵体上；及

一电源，用于选择性地向所述第一和第二压电致动器中的每一个施加电压，其中所述第一和第二压电致动器在结构上适于使得向所述第一压电致动器施加电压而移动所述第一隔膜，从而在所述第一空腔中限定一第一储槽，以便从所述容器中抽出流体，经所述入口进入所述第一储槽，而向所述第一压电致动器施加一相反电压可在相反方向移动所述第一隔膜，将所述第一储槽中的流体推入位于所述第一隔膜下游的所述通道中并密封所述第一空腔，其中向所述第二压电致动器施加电压可移动所述第二隔膜，在所述第二空腔中限定一第二储槽，从位于所述第一储槽下游的所述通道中抽出流体，进入所述第二储槽，而向所述第二压电致动器施加一相反电压可在相反方向移动所述第二隔膜，将所述第二储槽中的流体推入位于所述第二隔膜下游的所述通道中并密封所述第二空腔。

34.如权利要求32所述的微型泵，还包括：

用于在流体从所述流体容器泵送到所述传送点之后净化所述流体通道的装置。

35.如权利要求29所述的微型泵，其中所述电源向所述第一和第二压电致动器逐步施加不断增加和不断减小的电压。

36.如权利要求33所述的微型泵，其中所述电源向所述第一和第二压电致动器逐步施加不断增加和不断减小的电压。