CN1179127C - 多腔压电薄膜驱动泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多腔压电薄膜驱动泵，用于微小流体传输与控制。它由设有流体进、出口通道的泵体和设置在泵体内腔的压电振子，进出口阀组成，特点是至少含有压电振子与泵体构成的二个串联或并联的工作腔体，由于该泵输出流体性能相当于数个单腔压电泵串联或并联工作，输出流量和压力明显提高，并联时，每一个工作周期内总有流体输出，输出脉动小。

Description

多腔压电薄膜驱动泵
技术领域
本发明属于微小流体传输与控制、微电子机械系统领域应用的泵，具体涉及一种多腔压电薄膜驱动泵。
背景技术
压电薄膜泵是继压电超声马达之后又一种振动能量转换装置，它将压电薄膜激发的振动直接作用于流体形成压力或流量输出，具有完全不同于各类传统泵的工作原理和特征结构。作为压电驱动器的一个重要分支，压电薄膜泵以其结构简单、体积小、反应快、无电磁干扰、易于操作等诸多优点，有着广泛的应用前景：在制药、医疗、微量试剂配比或压力、流量精确控制领域都可应用，其研制开发备受世界各国学者的广泛关注。
目前已经出现了几种不同结构的压电薄膜泵，根据阀的形式有：单向截止阀(球阀、浮动锥型阀)压电薄膜泵、收缩管、扩张管式无阀压电薄膜泵、热制动阀压电薄膜泵及异型管无阀压电薄膜泵等等。由于阀的结构不同，每一种形式的压电薄膜泵都有其自身的结构特点和工作特性。目前压电薄膜泵的研制尚处在理论研究和实验探索阶段，阻碍其适用化进程的主要因素是输出能力(压力、流量)较低(同传统泵相比)、性能不够稳定，只能满足对流量、压力要求较低的场合，为获得较高的压力和流量，必须以提高工作电压为代价，大大降低其工作的可靠性；另一方面是压电泵的最佳工作频率还较低，输出脉动大，不利于实现流量和压力的精确控制。
发明内容
为解决目前压电薄膜泵存在的上述缺点，本发明提出了多腔、多阀的多腔压电薄膜驱动泵，以提高其输出流量或压力、减小输出脉动，并实现压力和流量的精确控制。
本发明由设有流体进、出口通道的泵体和泵体内腔的压电振子、进出口阀组成，其特点是至少含有按如下方式构成的二个串联工作腔体或并联工作腔体：
A型：二个压电振子分别将泵体内腔隔成封闭的二个腔体，其中一个腔体的流体进口通过进口阀与进口通道相连通，其另一个腔体的流体出口通过出口阀与出口通道相连通，与其一腔体相连通的通道通过阀与另一腔体相连通，该阀既为其一腔体的出口阀，亦为另一腔体的进口阀；
B型：二个压电振子分别将泵体内腔隔成封闭的二个腔体，二腔体的流体进口分别通过进口阀与进口通道相连通，流体出口分别通过出口阀与出口通道相连通。
所述的压电振子是由压电陶瓷薄膜和金属薄膜粘接复合而成；所述的阀均由具有弹性的金属或有机聚合物薄膜制成。
所述的泵体采用多层分体粘接组合而成。
本发明还可在一个泵体内将上述A型串联腔体、B型并联腔体作为基本单元再进行并、串联组合而成。
本发明还可以按以下结构方式制成又一种串联式多腔压电薄膜驱动泵，在泵体内腔上下平行设置三个压电振子，居中的压电振子与其上、下相邻的压电振子间构成二个封闭的工作腔体，其上、下压电振子与泵体上、下腔壁间分别构成流体出、入通道，在三个压电振子上均开有通流口并设置按同一流向启闭的阀。
由于本发明具有多压电振子、多工作腔的串、并联式结构，因此，使其输出流体压力、流量大幅度提高，并大大减小了输出脉动。
附图说明
图1是本发明腔体串联式结构示意图；
图2是本发明腔体并联式结构示意图；
图3是本发明以图1，图2结构作为基本单元再进行并、串联组合结构示意图。
图4是本发明又一种串联式结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本发明结构作进一步详细描述。
参照图1，压电振子4、5分别将泵体3内腔隔成封闭的腔体6、7，腔体6的流体进口通过进口阀9与进口通道1相连通，腔体7的流体的出口通过出口阀11与出口通道2相连通，与腔体6相连通的通道8通过阀10与腔体7相连通，阀10既为腔体6的出口阀，亦为腔体7的进口阀。此为前述的A型泵。
其工作原理是：两个压电振子两端分别施加相位差为180°的交流电压信号，这样能保证流体的压力递增。当压电振子4向上振动时，腔体6的进口阀9开启、阀10关闭，有流体由进口1流入到腔体6；同时压电振子5也向上振动，阀10关闭、出口阀11开启，有流体由腔体7经出口2流出。同理，当两压电片均向下振动时，流体经通道8由腔体6流入腔体7。两个压电振子反复振动，实现了流体在从入口到出口的单向流动。
参照图2，压电振子4、5分别将泵体3内腔隔成封闭的腔体6、7，腔体6、7的流体进口分别通过进口阀9、10与进口通道1相连通，腔体6、7的流体出口分别通过出口阀12、11与出口通道2相连通。此为前述的B型泵。
其工作原理是：两个压电振子两端也分别施加相位差为180°的交流电压信号，这样使得在整个工作周期中均有液体的流入与流出.当压电振子4向上振动时，腔体6的进口阀9开启、出口阀12关闭，有流体由进口通道1流入到腔体6；同时，压电振子5也向上振动，腔体7的进口阀10关闭、出口阀11开启，有流体由腔体7经出口2流出。同理，当两压电片均向下振动时，有流体经进口通道1流入腔体7。腔体6中的流体经出口2流出。两个腔体交替增加和减小，实现了在整个循环周期中均有流体从入口到出口的连续流动。
参照图3，是以图1所示的串联腔体和图2所示的并联腔体作为基本单元，再进行并、串联组合而成。该实施例是将两组图1式基本单元并联后，再与一组图2式基本单元串联。
其工作原理是：为提高其工作能力，压电振子39、42、43两端施加相同相位的交流电压信号，而压电振子40、41、44两端施加相位与之相差180°的交流电压信号，这样各个驱动单元取得最佳工作效果。其工作过程如下：
在某一状态下，压电振子39、40、43同时向上振动，此时有流体从入口通道61流入腔体53，并有流体从腔体54流出并流入腔体57；同时，压电振子41、42同时向下振动，压电振子44向上振动，有流体从腔体55流入腔体56，并有流体从腔体58经出口62流出。同理，在另一状态下，压电振子39、40、43向下振动，有流体从腔体53流入腔体54，并有流体从腔体57经出口流出；同时压电振子41、42向上振动，压电振子44向下振动，有流体从入口通道61流入腔体55，并有流体从腔体56流出并流入腔体58。因此在整个工作过程中，流体连续流动并总有流体的流入和流出。
参照图4，是本发明又一种串联式结构，在泵体3内上下平行设置三个压电振子13、4、5，压电振子4与其上、下相邻的压电振子13、5间构成二个封闭的工作腔体16、17，压电振子13、5与泵体上、下腔壁间分别构成流体出、入口通道22、21，压电振子13、4、5上均开有通流口并设置按同一流向启闭的阀14、9、10。
其工作原理是：两个相邻压电振子的驱动电压相位差为180°，这样能保证它们的变形共同使相关腔体的容积增加或减小，以使两个腔体间压力的递增。当压电振子5向下振动，压电振子4向上振动，腔体17容积增加，阀10开启、阀9关闭，流体从入口通道21进入腔体17；同时，压电振子13向下振动，与压电振子4共同使腔体16的容积减小，阀14开启，流体从出口通道22流出。同理，压电振子振动使腔体17容积减小时，腔体16的容积增大，阀10和阀14关闭，阀9开启，流体从腔体17进入腔体16。两个腔体容积反复地增加和减小，实现了流体在从入口到出口的单向流动。

Claims (2)

1、一种多腔压电薄膜驱动泵，由设有流体进、出口通道(1)、(2)的泵体(3)和设置在泵体内腔的压电振子，进、出口阀组成，其特征在于至少含有按如下方式构成的二个串联工作腔体：压电振子(4)、(5)分别将泵体(3)内腔隔成封闭的腔体(6)、(7)，腔体(6)的流体进口通过进口阀(9)与进口通道(1)相连通，腔体(7)的流体出口通过出口阀(11)与出口通道(2)相连通，与腔体(6)相连通的通道(8)通过阀(10)与腔体(7)相连通，阀(10)既为腔体(6)的出口阀，亦为腔体(7)的进口阀。
2、根据权利要求1所述的一种多腔压电薄膜驱动泵，其特征在于所述的压电振子是由压电陶瓷薄膜和金属薄膜粘接复合而成；所述的阀均由具有弹性的金属或有机聚合物薄膜制成；所述的泵体采用多层分体粘接组合而成。
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