CN110397567B

CN110397567B - 一种便携式精密微泵

Info

Publication number: CN110397567B
Application number: CN201910674929.5A
Authority: CN
Inventors: 张鑫杰; 纪爱敏; 张霖; 夏康
Original assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Current assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: CN110397567A

Abstract

本发明公开了一种便携式精密微泵，包括端盖、外筒体、内筒体、推液组件、弹簧和若干被动流量调节阀；所述内筒体设有盛放液体的储液腔，所述内筒体外部套有外筒体且两者能够相对滑动，所述外筒体与端盖紧配连接；所述弹簧的两端分别与端盖及推液组件的一端相连，所述推液组件的另一端设于储液腔中且密封储液腔，所述储液腔的出液端与所述被动流量调节阀相连；所述外筒体相对内筒体滑动压缩弹簧时，所述弹簧产生的压力大于所述被动流量调节阀的阈值压力，使所述储液腔内的液体经被动流量调节阀稳定流出。本发明体积小、易便携，操作简单，流体能够连续、精确输出。

Description

一种便携式精密微泵

技术领域

本发明属于微泵技术领域，具体涉及一种便携式精密微泵。

背景技术

样品液的连续、稳定、精确进样是微流控系统中必不可少的关键环节，微流体输运的精度与稳定性直接影响微流控芯片的功能表现。目前，精密注射泵、精密气泵等仍然是微流控实验与应用中使用频率较高的微流体控制手段，它们通过精密传感装置与机械、电子控制，可以实现非常精确的微流体驱动与控制。然而，由于价格昂贵和体积较大，该类仪器并不适用于集成低成本、便携式的微流控系统。

为实现低成本、精确微流体控制，科研工作者们提出了各类微流体操控技术，主要有压缩空气驱动、电渗流驱动、毛细作用力驱动、水动力驱动、离心力驱动等。虽然上述技术在特定的应用环境下可以实现较好的微流体控制功能，然而有些技术需要依赖复杂的外部控制设备，在流体操控的便捷性方面仍然不够完善，且这些技术在流体操控的精度方面较差，不能满足某些高精度流体需求的应用场合。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种便携式精密微泵，解决了目前需要依赖负载的外部控制设备、便捷性不够、精度较差的问题，本发明体积小、易便携，操作简单，流体能够连续、精确输出。

本发明提供了如下的技术方案：

一种便携式精密微泵，包括端盖、外筒体、内筒体、推液组件、弹簧和若干被动流量调节阀；

所述内筒体设有盛放液体的储液腔，所述内筒体外部套有外筒体且两者能够相对滑动，所述外筒体与端盖紧配连接；

所述弹簧的两端分别与端盖及推液组件的一端相连，所述推液组件的另一端设于储液腔中且密封储液腔，所述储液腔的出液端与所述被动流量调节阀相连；

所述外筒体相对内筒体滑动压缩弹簧时，所述弹簧产生的压力大于所述被动流量调节阀的阈值压力，使所述储液腔内的液体经被动流量调节阀稳定流出。

优选的，所述端盖上设有卡块，所述外筒体设有能够与所述卡块对应卡合的卡槽，所述卡块上设有第一压板和第一限位柱。

优选的，所述推液组件包括推杆和用于密封储液腔的活塞，所述活塞中央设有凹孔，所述推杆一端设有与所述凹孔紧配的凸柱；所述推杆的另一端设有第二压板和第二限位柱，所述弹簧的两端分别与第一压板及第二压板卡接，且通过所述第一限位柱和第二限位柱定位。

优选的，所述外筒体的内表面设有至少一个滑块，所述内筒体的外表面设有容纳所述滑块滑动的滑槽。

优选的，所述储液腔的内壁固定设有阻碍所述推液组件下移的轴肩。

优选的，还包括泵头、位于泵头内的微流控芯片以及与泵头相连的出液管，所述微流控芯片设有至少一个被动流量调节阀、一个直通孔以及与各被动流量调节阀的进口端分别连通的进液孔，各所述被动流量调节阀的出口端连接同一个出液孔。

优选的，所述泵头的中央设有沉头孔以及与沉头孔相连通的安装孔，所述出液管插于安装孔内，所述出液孔与沉头孔的位置对应；所述泵头的内表面设有沿圆周方向的内滑槽以及与内滑槽相通的拆卸槽，所述内筒体下部设有能够在所述内滑槽内滑动的内滑块，所述内筒体的底部设有与所述储液腔相连通的导流孔。

优选的，所述内筒体外表面设有主刻度标识，所述泵头外表面设有若干副刻度标识，所述主刻度标识与各副刻度标识对应时，所述导流孔分别与各进液孔及直通孔相连通或错位。

优选的，还包括密封垫和O形圈，所述密封垫设于所述微流控芯片上方，所述密封垫设有与各进液孔及直通孔位置对应的若干副进液孔，所述O形圈设于所述沉头孔内。

优选的，所述泵头内设有若干定位柱，所述微流控芯片和密封垫分别设有与所述定位柱相匹配的定位孔和副定位孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用弹簧作为流体驱动的动力源，采用被动流量调节阀进行流量的精确控制，当弹簧产生的压力大于被动流量调节阀的阈值压力时，被动流量调节阀即可实现恒定流量控制，从而使微泵持续输出精确、稳定的流体流量；

(2)本发明以弹簧作为动力源，不需使用复杂能源驱动，如电能、磁场、气压等，操作者推动外筒体相对内筒体滑动压缩弹簧，即可自动实现连续、精确的流体输出；

(3)通过设置多个被动流量调节阀，可实现不同档位流量的输出，满足不同的使用需求；

(4)本发明提供的微泵，体积小，便于携带，成本低，操作方便，可以满足微流控系统、即时检测仪器、野外生化样品分析等应用场合中精密流体驱动与控制的需求。

附图说明

图1是微泵处于压缩状态的结构示意图；

图2是端盖的结构示意图；

图3是外筒体的结构示意图；

图4是推杆的结构示意图；

图5是活塞的结构示意图；

图6是内筒体的结构示意图；

图7是泵头的结构示意图；

图8是密封垫的结构示意图；

图9是微流控芯片的结构示意图；

图10是微泵流量档位示意图；

图11是图9中被动流量调节阀在A处的俯视结构示意图；

图12是图11中A-A方向的横截面示意图；

图13是弹簧力与压缩位移的实验测试数据图；

图14是被动流量调节阀的实测压力流量数据图；

图15是微泵处于拉伸状态的结构示意图；

图中标记为：1、端盖；101、第一压板；102、第一限位柱；103、卡块；2、弹簧；3、外筒体；31、卡槽；32、滑块；4、推杆；41、第二压板；42、第二限位柱；43、凸柱；5、活塞；51、凹孔；6、内筒体；61、滑槽；62、轴肩；63、储液腔；64、导流孔；65、内滑块；7、泵头；71、内滑槽；72、定位柱；73、沉头孔；74、安装孔；75、拆卸槽；8、出液管；9、密封垫；91、副定位孔；92、副进液孔；10、微流控芯片；1001、进液孔；1002、被动流量调节阀；1003、出液孔；1004、定位孔；1005、直通孔；11、O形圈；12、控制流道；13、薄膜；14、流体通道；15、主刻度标识；16、副刻度标识。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，一种便携式精密微泵，包括端盖1、外筒体3、内筒体6、推液组件、弹簧2和若干被动流量调节阀1002；内筒体6设有盛放液体的储液腔63，内筒体6外部套有外筒体3且两者能够相对滑动，外筒体3与端盖1紧配连接；弹簧2的两端分别与端盖1及推液组件的一端相连，推液组件的另一端设于储液腔63中且密封储液腔63，储液腔63的出液端与被动流量调节阀1002相连；外筒体3相对内筒体6滑动压缩弹簧2时，弹簧2产生的压力大于被动流量调节阀1002的阈值压力，使储液腔63内的液体经被动流量调节阀1002稳定流出。

如图2-3所示，端盖1上设有卡块103，外筒体3设有能够与卡块103对应卡合的卡槽31，端盖1与外筒体3通过卡块103与卡槽31形成紧配连接，卡块103上设有第一压板101和第一限位柱102。

如图4-5所示，推液组件包括推杆4和用于密封储液腔63的活塞5，活塞5中央设有凹孔51，推杆4一端设有与凹孔51紧配的凸柱43；推杆4的另一端设有第二压板41和第二限位柱42，弹簧2的两端分别与第一压板101及第二压板41卡接，连接牢固性好，且通过第一限位柱102和第二限位柱42进行精确定位。

如图3、6所示，外筒体3的内表面设有至少一个滑块32，内筒体6的外表面设有容纳滑块32滑动的滑槽61，外筒体3和内筒体6通过滑块32与滑槽61实现轴向滑动。

如图6所示，储液腔63的内径为15mm，可以储存样品液的容量为2.65mL，储液腔63的内壁固定设有阻碍推液组件下移的轴肩62，保证弹簧2始终处于压缩状态以产生弹簧力。内筒体6的底部设有与储液腔63相连通的导流孔64。

如图1所示，本实施例提供的微泵还包括泵头7、位于泵头7内的密封垫9、微流控芯片10、O形圈11以及与泵头7相连的出液管8。

如图7所示，泵头7的中央设有沉头孔73以及与沉头孔73相连通的安装孔74，出液管8插于安装孔74内；泵头7的内表面设有沿圆周方向的内滑槽71以及与内滑槽71相通的拆卸槽75，内筒体6下部设有能够在内滑槽71内滑动的内滑块65，当内滑块65在内滑槽71中滑动时，内筒体6相对泵头7作旋转运动。

如图9所示，微流控芯片10设有至少一个被动流量调节阀1002(本实施例为3个)、一个直通孔1005以及与各被动流量调节阀1002的进口端分别连通的进液孔1001，各被动流量调节阀1002的出口端连接同一个出液孔1003，出液孔1003与沉头孔73的位置对应，O形圈11设于沉头孔73内。

如图8所示，密封垫9设于微流控芯片10上方，密封垫9设有与各进液孔1001及直通孔1005位置对应的若干副进液孔92(本实施例4个)。密封垫9和O形圈11为弹性硅胶，具有优良的挤压变形气液密封性，用于分别密封微流控芯片10的进液孔1001和出液孔1003。

如图7-9所示，泵头7内设有3个定位柱72，微流控芯片10和密封垫9分别设有与定位柱72相匹配的定位孔1004和副定位孔91，微流控芯片10和密封垫9分别通过将定位孔1004和副定位孔91套于定位柱72上实现安装。

如图10所示，内筒体6外表面设有主刻度标识15，泵头7外表面设有若干副刻度标识16，具体的，本实施例中的副刻度标识16包括拆卸、直通、停止、低、中和高，主刻度标识15与各副刻度标识16对应时，内筒体6的导流孔64分别与各进液孔1001及直通孔1005相连通或错位。

如图11-12所示，被动流量调节阀的工作原理为：流体同时流入流体通道14和控制流道12，薄膜13朝向流体通道14发生变形，利用薄膜13产生的弹性变形以截流进入流体通道14中的微流体，即通过改变自身流阻来补偿液体压力的波动，当被动流量调节阀的入口流体压力超过一定阈值时，即可自动输出稳定的微流体流量。本实施例中三个被动流量调节阀的结构尺寸分别为250(L)×100(W)×50(H)(微米)、500(L)×100(W)×50(H)(微米)和750(L)×100(W)×50(H)(微米)，被动流量调节阀的实测阈值压力为15kPa。

如图13所示，本实施例中弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧，线径1mm，外径14mm，长度50mm。采用推拉力计测量一定压缩位移下的弹簧力，并转化为流体驱动力，可得到流体驱动力为35.4kPa-68.8kPa。由于弹簧压缩产生的流体驱动力大于被动流量调节阀的阈值压力，因此可以实现稳定的流量控制。

如图14所示，本实施例中三个被动流量调节阀达到稳定流体控制时的流量分别为1125±17μl/min，765±18μl/min和523±14μl/min。

如图1所示，微泵在压缩状态时，其外观尺寸为95mm(长)×30mm(直径)，外形小巧，易于便携。如图15所示，微泵处于拉伸状态，储液腔63中储存待转移液体。

本实施例提供的微泵工作时，将外筒体3沿内筒体6轴线方向按压，弹簧被压缩成为动力源，此时将内筒体6沿泵头7周向旋转，使主刻度标识15对齐任一低、中、高副刻度标识，可将储液腔63、导流孔64、副进液孔92、进液孔1001以及对应的被动流量调节阀1002连通，从而使储液腔63.中的液体以对应的流速稳定输出；当需要排空储液腔63内的液体时，将内筒体6沿泵头7周向旋转，使主刻度标识15对齐直通副刻度标识，可将储液腔63、导流孔64、副进液孔92和直通孔1005连通，从而将储液腔63中的液体排空；当微泵无需输出液体时，将内筒体6沿泵头7周向旋转，使主刻度标识15对齐停止副刻度标识，使导流孔64和进液孔1001及直通孔1005错位形成密封，实现储液腔63内液体的封闭，进而使微泵停止泵液；当需要更换微流控芯片10时，将内筒体6沿泵头7周向旋转，使主刻度标识15对齐拆卸副刻度标识，此时内筒体6上的内滑块65被旋转至泵头7上的拆卸槽75处，即可将内筒体6和泵头7分离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种便携式精密微泵，其特征在于，包括端盖、外筒体、内筒体、推液组件、弹簧和若干被动流量调节阀；

所述外筒体相对内筒体滑动压缩弹簧时，所述弹簧产生的压力大于所述被动流量调节阀的阈值压力，使所述储液腔内的液体经被动流量调节阀稳定流出；

还包括泵头、位于泵头内的微流控芯片以及与泵头相连的出液管，所述微流控芯片设有至少一个被动流量调节阀、一个直通孔以及与各被动流量调节阀的进口端分别连通的进液孔，各所述被动流量调节阀的出口端连接同一个出液孔；

所述泵头的中央设有沉头孔以及与沉头孔相连通的安装孔，所述出液管插于安装孔内，所述出液孔与沉头孔的位置对应；所述泵头的内表面设有沿圆周方向的内滑槽以及与内滑槽相通的拆卸槽，所述内筒体下部设有能够在所述内滑槽内滑动的内滑块，所述内筒体的底部设有与所述储液腔相连通的导流孔。

2.根据权利要求1所述的便携式精密微泵，其特征在于，所述端盖上设有卡块，所述外筒体设有能够与所述卡块对应卡合的卡槽，所述卡块上设有第一压板和第一限位柱。

3.根据权利要求2所述的便携式精密微泵，其特征在于，所述推液组件包括推杆和用于密封储液腔的活塞，所述活塞中央设有凹孔，所述推杆一端设有与所述凹孔紧配的凸柱；所述推杆的另一端设有第二压板和第二限位柱，所述弹簧的两端分别与第一压板及第二压板卡接，且通过所述第一限位柱和第二限位柱定位。

4.根据权利要求1所述的便携式精密微泵，其特征在于，所述外筒体的内表面设有至少一个滑块，所述内筒体的外表面设有容纳所述滑块滑动的滑槽。

5.根据权利要求1所述的便携式精密微泵，其特征在于，所述储液腔的内壁固定设有阻碍所述推液组件下移的轴肩。

6.根据权利要求1所述的便携式精密微泵，其特征在于，所述内筒体外表面设有主刻度标识，所述泵头外表面设有若干副刻度标识，所述主刻度标识与各副刻度标识对应时，所述导流孔分别与各进液孔及直通孔相连通或错位。

7.根据权利要求1所述的便携式精密微泵，其特征在于，还包括密封垫和O形圈，所述密封垫设于所述微流控芯片上方，所述密封垫设有与各进液孔及直通孔位置对应的若干副进液孔，所述O形圈设于所述沉头孔内。

8.根据权利要求7所述的便携式精密微泵，其特征在于，所述泵头内设有若干定位柱，所述微流控芯片和密封垫分别设有与所述定位柱相匹配的定位孔和副定位孔。