CN109882387B - 一种压电气体泵 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微流体传输领域，具体涉及一种压电气体泵。泵体上设有出入孔、至少两个直径依次减小体腔及与体腔数量相等的储气室，体腔上设有进口腔和与储气室连通的出口腔，出入孔分别与其相邻体腔的出口腔和进口腔连通，相邻体腔的进出口腔连通；进出口腔与其内所装阀片构成进出口阀；两个泵体相连接并经密封圈将换能器压接在其体腔内，换能器为单个压电振子或由两个压电振子及其中间压接的垫圈构成，压电振子包含驱动器和传感器；换能器及密封圈与泵体构成泵腔，一个泵体上的泵腔串联成一个泵单元，两个泵单元并联；各驱动器及传感器经不同导线组与驱动电源相连，驱动电源输出给驱动器直流电压信号并根据传感器感应电压的变化使驱动电压换向。
Description
技术领域
本发明属于微量气体传输与控制领域，具体涉及一种压电气体泵。
背景技术
微型气体压缩与输送装置也称为微型气体压缩机、泵、气体压缩装置等，主要用于气体采样、气体循环与供给、喷气冷却、负压保持、充气增压、加氧等诸多方面。根据工作原理，常用气体压缩装置可分为隔膜式、电磁式、叶轮式、活塞式等，其共性特点是都包含机械传动部分，故结构复杂，体积、重量及功耗等都较大，且存在较大的噪音和电磁干扰，不便于结构的微小化与集成化，在微机电领域的应用受到了一定的制约。近年来，人们相继提出了多种类型的压电式微型气体压缩与输送装置，如中国专利201110255709.2、201410104036.4、201410577904.0、201510649212.7等。尽管上述气体压缩与输送装置结构原理及性能差异较大，但都是利用晶片型压电振子在电场作用下产生的弯曲变形实现气体驱动的，因压电振子弯曲变形所引起的泵腔容积变化量相对较小，现有压电式气体压缩装置可实现的输出流量及压力还很低，尤其是不能同时获得较大的输出流量和较高的输出压力，推广应用受到了一定的制约。
发明内容
为提高供气压力，本发明提出一种压电气体泵，本发明的实施方案是：本发明的一种压电气体泵由泵体、阀片、换能器及密封圈构成，泵体上设有出入孔、至少两个体腔及与体腔数量相等的储气室，入孔与各体腔及出孔依次串联，从入孔到出孔的各体腔的直径依次减小；各体腔上都设有进口腔和与储气室连通的出口腔，入孔与其相邻体腔的进口腔连通，出孔与其相邻的体腔的出口腔连通，两相邻体腔的进出口腔连通；进出口腔与其内所装阀片分别构成进出口阀，阀片为悬臂梁或碟形结构：两个泵体经螺钉连接且其直径相同的体腔相对安装，两个泵体经密封圈将换能器压接在其体腔内，密封圈位于换能器上下两侧，换能器为单个压电振子或由两个压电振子及其中间压接的垫圈构成，压电振子由基板和压电片粘接而成，压电片表面电极包括驱动单元和传感单元，压电片的驱动单元和传感单元与基板构成的复合层分别构成驱动器和传感器，压电振子表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；换能器由两个压电振子及其中间压接的垫圈构成时，两个压电振子受电压作用的弯曲变形方向相同，换能器的变形方向即为两个压电振子的变形方向；换能器及密封圈与泵体构成泵腔，一个泵体上的各泵腔串联成一个泵单元，两个泵体上的泵单元经管路并联、即两个泵单元的出入孔分别连通；各驱动器及传感器经不同的导线组与驱动电源相连。
本发明中，驱动电源输出给各驱动器的是直流电压信号或不同频率的交流电压信号，驱动电压为直流信号时根据传感器感应电压的变化情况使驱动电压换向，实现自激驱动，即：当传感器的感应电压到达极值时直流电压及压电振子变形方向换向，从而解决不同直径压电振子谐振频率的跟踪问题。
本发明根据所需供气压力确定泵腔数量，单个泵腔的压力增幅为
ηp为压力修正系数，β0为气体体积模量，U0为驱动电压，hp压电片厚度，ri为泵腔半径，H为泵腔高度，压电振子由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成时
β为空载时压电振子的动态放大比，d31为压电常数。
以具有三个泵腔的泵为例：从入孔到出孔各体腔依次定义为体腔一、二和三，进口阀依次定义为进口阀一、二和三，出口阀依次定义为出口阀一、二和三，泵腔依次定义为泵腔一、二和三，储气室依次定义为储气室一、二和三，换能器依次定义为换能器一、二和三；工作中，泵腔一经入孔从外界吸入气体进行第一级压缩后排入储气室一，泵腔二从储气室一吸入气体进行第二级压缩后排入储气室二，泵腔三从储气室二吸入气体进行第三级压缩后排入储气室三，储气室三内的气体经出孔排出。
特点及优势：采用具有不同直径泵腔串联实现累积压缩的方法，可获得较高的供气压力；易于通过增加泵腔数量的方法获得所需的供气压力，两个泵单元同步工作，体积能量密度大、供气能力强。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中泵的结构剖面示意图；
图2是换能器的结构示意图；
图3是压电振子上压电片表面电极分割示意图；
图4是本发明一个较佳实施例中阀片与驱动器的变形关系示意图；
图5是本发明一个较佳实施例中泵体的结构示意图；
图6是图5的俯视图。
具体实施方式
本发明的一种压电气体泵由泵体a、阀片g、换能器Di及密封圈构成，泵体a上设有入孔a1、出孔a2、至少两个体腔a3i及与体腔a3i数量相等的储气室qi，入孔a1与各体腔a3i及出孔a2依次串联，从入孔a1到出孔a2的各体腔a3i的直径依次减小；各体腔a3i上都设有进口腔a4和与储气室qi连通的出口腔a5，入孔a1与其相邻体腔a3i的进口腔a4连通，出孔a2与其相邻体腔a3i的出口腔a5连通，两相邻体腔a3i的进口腔a4和出口腔a5经通孔a6连通；进口腔a4和出口腔a5与其内所安装的阀片g分别构成进口阀vi和出口阀Vi，阀片g为悬臂梁或碟形结构；两个泵体a经螺钉连接且其直径相同的体腔a3i相对安装，两个泵体a经密封圈将换能器Di压接在其体腔a3i内，密封圈位于换能器Di上下两侧，换能器Di为单个压电振子di或由两个压电振子di及其中间压接的垫圈di’构成，压电振子di由基板di1和压电片di2粘接而成，压电片di2的表面电极包括驱动单元di21和传感单元di22，压电片di2的驱动单元di21和传感单元di22与基板di1构成的复合层分别构成驱动器A和传感器S，压电振子di的表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；换能器Di由两个压电振子di及其中间压接的垫圈di’构成时，两个压电振子di受电压作用的弯曲变形方向相同，换能器Di的变形方向即为两个压电振子di的变形方向；换能器Di及密封圈与泵体a构成泵腔ci，一个泵体a上的各泵腔ci串联成一个泵单元，两个泵体a上的泵单元经管路并联、即两个泵单元的入孔a1和出孔a2分别连通；各体腔a3i中的换能器Di经不同的导线组与驱动电源相连。
本发明中，驱动电源输出给各驱动器A的是直流电压信号或不同频率的交流电压信号，驱动电压为直流信号时根据传感器S感应电压的变化情况使驱动电压换向，实现自激驱动，即：当传感器S的感应电压到达极值时直流电压及压电振子di的变形方向换向，从而解决不同直径压电振子di谐振频率的跟踪问题。
本发明根据所需供气压力确定泵腔ci数量，单个泵腔ci压力增幅为
ηp为压力修正系数，β0为气体体积模量，U0为驱动电压，hp压电片di2厚度，ri为泵腔ci的半径，H为泵腔ci的高度，压电振子di由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成时
β为空载时压电振子di的动态放大比，d31为压电常数。
本发明中，体腔a3i、进口阀vi、泵腔ci、出口阀Vi、储气室qi、换能器Di及压电振子di中的i代表从入孔a1到出孔a2的序号，i＝1，2，3，...；以具有三个泵腔ci的泵为例，从入孔a1到出孔a2，体腔a3i依次定义为体腔一a31、二a32和三a33，进口阀vi依次定义为进口阀一v1、二v2和三v3，出口阀Vi依次定义为出口阀一V1、二V2和三V3，泵腔ci依次定义为泵腔一c1、二c2和三c3，储气室qi依次定义为储气室一q1、二q2和三q3，换能器Di依次定义为换能器一D1、二D2和三D3；工作中，泵腔一c1经入孔a1从外界吸入气体进行第一级压缩后排入储气室一q1，泵腔二c2从储气室一q1吸入气体进行第二级压缩后排入储气室二q2，泵腔三c3从储气室二q2吸入气体进行第三级压缩后排入储气室三q3，储气室三q3内的气体经出孔a2排出。
Claims (1)
1.一种压电气体泵，其特征在于：泵体上设有出入孔、至少两个体腔及与体腔数量相等的储气室，入孔与各体腔及出孔依次串联，从入孔到出孔的各体腔的直径依次减小；各体腔上都设有进口腔和与储气室连通的出口腔，入孔与其相邻体腔的进口腔连通，出孔与其相邻的体腔的出口腔连通，两相邻体腔的进出口腔连通；进出口腔与其内所装阀片分别构成进出口阀；两个泵体经螺钉连接且其直径相同的体腔相对安装，两个泵体经密封圈将换能器压接在其体腔内，换能器为单个压电振子或由两个压电振子及其中间压接的垫圈构成，压电振子由基板和压电片粘接而成，压电片表面电极包括驱动单元和传感单元，压电片的驱动单元和传感单元与基板构成的复合层分别构成驱动器和传感器；换能器及密封圈与泵体构成泵腔，一个泵体上的各泵腔串联成一个泵单元，两个泵体上的泵单元并联；各驱动器及传感器经不同的导线组与驱动电源相连，驱动电源输出给各驱动器的是直流电压信号并根据传感器感应电压的变化情况使驱动电压换向。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102678527A (zh) * | 2012-05-23 | 2012-09-19 | 浙江师范大学 | 压电振子双侧驱动流体的串联泵 |
| CN202597033U (zh) * | 2012-05-23 | 2012-12-12 | 浙江师范大学 | 一种串-并联混合驱动的压电泵 |
| WO2013084909A1 (ja) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | 株式会社村田製作所 | 気体制御装置 |
| CN102213210B (zh) * | 2011-06-21 | 2013-07-17 | 浙江师范大学 | 驱动-传感一体化压电晶片泵 |
| CN108035869A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-05-15 | 浙江师范大学 | 一种非共振式自适应可换向微型压电泵装置 |
| EP3364031A1 (en) * | 2017-02-20 | 2018-08-22 | Microjet Technology Co., Ltd | Miniature gas transportation device |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102213210B (zh) * | 2011-06-21 | 2013-07-17 | 浙江师范大学 | 驱动-传感一体化压电晶片泵 |
| WO2013084909A1 (ja) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | 株式会社村田製作所 | 気体制御装置 |
| CN102678527A (zh) * | 2012-05-23 | 2012-09-19 | 浙江师范大学 | 压电振子双侧驱动流体的串联泵 |
| CN202597033U (zh) * | 2012-05-23 | 2012-12-12 | 浙江师范大学 | 一种串-并联混合驱动的压电泵 |
| EP3364031A1 (en) * | 2017-02-20 | 2018-08-22 | Microjet Technology Co., Ltd | Miniature gas transportation device |
| CN108035869A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-05-15 | 浙江师范大学 | 一种非共振式自适应可换向微型压电泵装置 |
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