CN205370927U - 一种流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵 - Google Patents

Abstract

一种流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，第一压电振子和第二压电振子将泵体内腔分隔成第一腔室和第二腔室，第三压电振子和第四压电振子将泵体内腔分隔成第四腔室与第三腔室；进水口通道分成两条支路，分别连通第一腔室和第二腔室，第一腔室与第二腔室并联连接；第一腔室与第四腔室串联连接，第二腔室与第三腔室串联连接，第四腔室的出水口通道即是第三腔室的入水口通道，第三腔室与第四腔室并联连接，出水口通道是第三腔室与第四腔室的公共出水通道；流量传感器、流速调节器和泵体集成为一整体结构，流速调节器中的调节器通道的右端与出水口通道连通，调节器通道的左端与流量传感器的微小通道连通。具有体积小、输出流量大、输出精度高的特点。

Description

一种流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵

技术领域

本实用新型涉及微机电系统领域的微型流量泵，尤其涉及一种流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)技术的发展，对微型化精密器件的要求越来越高，能够在同一芯片上集成多种功能的元器件，成为MEMS器件发展的趋势。近年来，多种多样的微流体器件已经被设计和加工出来，如电渗泵、SMA薄膜驱动泵、磁作用力阀、微流量传感器、微过滤器等，这些微结构和器件具有结构简单、体积小、耗能低等优点，已经在分析化学、医疗诊断和微流体驱动、检测等方面获得了广泛的应用。

微泵作为微流体器件的重要组成部分，是微致动器最为核心的元器件，能够实现流体的传输、混合、分离、检测等功能。薄膜型微泵属于容积式微泵中的一种，其原理是利用薄膜的弯曲变形造成腔室的容积发生改变，使腔室内外产生压力差，实现流体的泵送与传输。按驱动原理，薄膜型微泵主要分为压电驱动式微泵、静电驱动式微泵、电磁驱动式微泵、形状记忆合金驱动式微泵和超磁致伸缩驱动式微泵等。

压电驱动式薄膜微泵是继压电超声马达之后又一种振动能量转换装置，它利用压电陶瓷的逆压电效应，将压电薄膜激发的振动带动泵腔容积变化，实现流体的泵送。目前，压电驱动式薄膜微泵的研制尚不成熟，主要原因是，微泵受到流体粘度和泵体输出端压力的影响，造成泵的输出流量小、输出精度低、性能不稳定等缺点，限制了压电薄膜驱动式泵的应用范围。

发明内容

为解决目前压电驱动式薄膜微泵存在的上述问题，本实用新型提供了一种流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，输出流量大，输出流量的精度高。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，包括泵体、进水口通道、出水口通道、弹性阀片、流量传感器、流速调节器、电路控制模块、第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子、第四压电振子。第一压电振子和第二压电振子将泵体内腔分隔成第一腔室和第二腔室，第三压电振子和第四压电振子将泵体内腔分隔成第四腔室与第三腔室；进水口通道分成两条支路，分别连通第一腔室和第二腔室，第一腔室与第二腔室并联连接；第一腔室与第四腔室串联连接，中间通道既是第一腔室的出水通道，也是第四腔室的进水通道；第二腔室与第三腔室串联连接，第四腔室的出水口通道即是第三腔室的入水口通道，第六阀片既是第二腔室的出口阀，也是第三腔室的进口阀；第三腔室与第四腔室并联连接，出水口通道是第三腔室与第四腔室的公共出水通道；流量传感器、流速调节器和泵体集成为一整体结构，流速调节器中的调节器通道的右端与出水口通道连通，调节器通道的左端与流量传感器的微小通道连通。

上述技术方案中，所述流量传感器设有一个接收流体的微小通道和一个信号转换模块，流量传感器检测流体流量，将结果转化为电信号，并反馈给电路控制模块，

上述技术方案中，所述流速调节器包括一个弹性金属薄膜片，弹性金属薄膜片为拱形曲面体，流速调节器安装在流量传感器之前，调节流体的压力和流速，使其以匀速流入流量传感器中。

上述技术方案中，所述电路控制模块包括驱动压电振子变形的驱动子模块和对比电信号与目标流量信号的分析子模块。将反馈的电信号和目标流量进行对比，控制压电振子的变形量。驱动子模块分别与第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子、第四压电振子相连，分析子模块与信号转换模块相连。

上述技术方案中，所述弹性阀片均安装在泵体上。第一弹性阀片安装在第一腔室的入口处，第二弹性阀片安装在第一腔室的出口处，第三弹性阀片安装在第三腔室的入口处，第六弹性阀片安装在第三腔室的出口处，第四弹性阀片安装在第四腔室的入口处，第五弹性阀片安装在第四腔室的出口处，第七弹性阀片安装在第二腔室的入口处，均由弹性金属薄膜制成。

上述技术方案中，所述第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子、第四压电振子，由压电陶瓷薄膜与金属薄膜由导电胶粘接复合而成。

上述技术方案中，所述泵体由多层分体粘接组合而成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型采用了多压电振子的结构和多腔结构串联、并联连通方式，使得压电泵的输出流量提高；流量传感器、流速调节器和泵体一体化的结构减小了泵的体积，能够检测和控制流体的流量，调节流体的流速，提高了压电泵的输出精度。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型中流量传感器和流速调节器的结构示意图。

图中：1.进水口通道，2.第一腔室，3.第一阀片，4.第二阀片，5.第一压电振子，6.第二压电振子，7.泵体，8.第三阀片，9.中间通道，10第三压电振子，11.第四压电振子，12.第四腔室，13.第四阀片，14.流量传感器，15.流速调节器，16.出水口通道，17.第五阀片，18.第三腔室，19.第六阀片，20.第七阀片，21.第二腔室，30.调节器管道，31.金属薄膜片，32.微小通道

具体实施方式

下面结合附图给出的实例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，包括泵体7、进水口通道1、出水口通道16、第一阀片3、第二阀片4、第三阀片8、第四阀片13、第五阀片17、第六阀片19、第七阀片20、流量传感器14、流速调节器15、电路控制模块、第一压电振子5、第二压电振子6、第三压电振子10、第四压电振子11。第一压电振子5和第二压电振子6将泵体7内腔分隔成第一腔室2和第二腔室21，第三压电振子10和第四压电振子11将泵体7内腔分隔成第四腔室12与第三腔室18；进水口通道1分成两条支路，分别连通第一腔室2和第二腔室21，第一腔室2与第二腔室21并联连接；第一腔室2与第四腔室12串联连接，中间通道9既是第一腔室2的出水通道，也是第四腔室12的进水通道；第二腔室21与第三腔室18串联连接，第四腔室12的出水口通道即是第三腔室18的入水口通道，第六阀片19既是第二腔室21的出口阀，也是第三腔室18的进口阀；第三腔室18与第四腔室12并联连接，出水口通道16是第三腔室18与第四腔室12的公共出水通道；流量传感器14、流速调节器15和泵体7集成为一整体结构，流速调节器15中的调节器通道30的右端与出水口通道16连通，调节器通道30的左端与流量传感器14的微小通道32连通。

流量传感器设有一个接收流体的微小通道和一个信号转换模块，流量传感器检测流体流量，将结果转化为电信号，并反馈给电路控制模块，

流速调节器15包括一个弹性金属薄膜片31，弹性金属薄膜片31为拱形曲面体，流速调节器15安装在流量传感器14之前，调节流体的压力和流速，使其以匀速流入流量传感器14中。

电路控制模块包括驱动压电振子变形的驱动子模块和对比电信号与目标流量信号的分析子模块。将反馈的电信号和目标流量进行对比，控制压电振子的变形量。驱动子模块分别与第一压电振子5、第二压电振子6、第三压电振子10、第四压电振子11相连，分析子模块与信号转换模块相连。第一压电振子5、第二压电振子6、第三压电振子10、第四压电振子11，由压电陶瓷薄膜与金属薄膜由导电胶粘接复合而成。

泵体7由多层分体粘接组合而成。

弹性阀片均安装在泵体上。第一弹性阀片3安装在第一腔室2的入口处，第二弹性阀片4安装在第一腔室2的出口处，第三弹性阀片8安装在第三腔室18的入口处，第六弹性阀片19安装在第三腔室18的出口处，第四弹性阀片13安装在第四腔室12的入口处，第五弹性阀片17安装在第四腔室12的出口处，第七弹性阀片20安装在第二腔室21的入口处。第一阀片3、第二阀片4、第三阀片8、第四阀片13、第五阀片17、第六阀片19、第七阀片20由弹性金属薄膜制成，具有足够的弹性、韧性和耐腐蚀性。

本实用新型的工作过程是：给所有的压电振子施加相同相位的交流电压，当第一压电振子5、第二压电振子6、第三压电振子10、第四压电振子11同时向上振动时，第一腔室2和第三腔室18容积减小，第二腔室21和第四腔室12容积增大，第一阀片3、第三阀片8、第五阀片17关闭，第二阀片4、第七阀片20、第六阀片19、第四阀片13开启，于是进水口的流体通过进水口通道1流入第二腔室21，第一腔室2中的流体通过中间通道9流入第四腔室12，第三腔室18中的流体经过出水口通道16流入流速调节器15，再经过流量传感器14流出出水口。同理，在另一状态下，当第一压电振子5、第二压电振子6、第三压电振子10、第四压电振子11同时向下振动时，第一腔室2和第三腔室18的容积增大，第二腔室21和第四腔室12的容积减小，第一阀片3、第三阀片8、第五阀片17开启，第二阀片4、第七阀片20、第六阀片19、第四阀片13关闭，于是进水口的流体通过进水口通道1流入第一腔室2，第二腔室21中的流体流入第三腔室18，第四腔室12中的流体通过出水口通道16流入流速调节器15，再经过流量传感器14流出出水口。因此，在整个工作过程中，无论第一压电振子5、第二压电振子6、第三压电振子10、第四压电振子11向上振动还是向下振动，全程都会有流体的连续流入与流出，实现了大流量输出。

如图2所示，流量传感器14设有一个允许流量通过的微小通道32和一个信号转换模块，微小通道32和出口通道16之间设有一个流速调节器15，用以调节流体流速。流量传感器14和流速调节器15共同完成对流体的检测和控制。其过程如下：当流体流速较大时，调节器管道30中的流体压力也较大，流体压力推动流速调节器15上的拱形金属薄膜片31向外翘曲变形，增大了调节器管道30的横截面积，从而降低了流体流速；而当流速较小时，调节器管道30中的流体压力较小，拱形金属薄膜片31在弹性力的作用下复位，减小调节器管道30的横截面积，增大流体的流速，以上动作交替重复进行，促使整体流速趋于匀速。同时，流量传感器14检测流体的流速，并将检测结果通过信号转换模块转化成电信号，反馈给电路控制模块，电路控制模块将反馈信号与目标流量信号作对比。若反馈信号小于目标流量信号，则增大驱动电压，增大压电振子的变形量，从而增大流量；若反馈信号大于目标流量信号，则减小驱动电压，减小压电振子的变形量，从而减小流量。于是，上述控制过程实现了流体的流速检测与流量控制，提高了压电泵的输出精度。

Claims (7)

1.一种流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，其特征在于：包括泵体(7)、进水口通道(1)、出水口通道(16)、弹性阀片、流量传感器(14)、流速调节器(15)、电路控制模块、第一压电振子(5)、第二压电振子(6)、第三压电振子(10)、第四压电振子(11)；第一压电振子(5)和第二压电振子(6)将泵体(7)内腔分隔成第一腔室(2)和第二腔室(21)，第三压电振子(10)和第四压电振子(11)将泵体(7)内腔分隔成第四腔室(12)与第三腔室(18)；进水口通道(1)分成两条支路，分别连通第一腔室(2)和第二腔室(21)，第一腔室(2)与第二腔室(21)并联连接；第一腔室(2)与第四腔室(12)串联连接，中间通道(9)既是第一腔室(2)的出水通道，也是第四腔室(12)的进水通道；第二腔室(21)与第三腔室(18)串联连接，第四腔室(12)的出水口通道即是第三腔室(18)的入水口通道，第六阀片(19)既是第二腔室(21)的出口阀，也是第三腔室(18)的进口阀；第三腔室(18)与第四腔室(12)并联连接，出水口通道(16)是第三腔室(18)与第四腔室(12)的公共出水通道；流量传感器(14)、流速调节器(15)和泵体(7)集成为一整体结构，流速调节器(15)中的调节器通道(30)的右端与出水口通道(16)连通，调节器通道(30)的左端与流量传感器(14)的微小通道(32连通。

2.根据权利要求1所述的流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，其特征在于：所述流量传感器(14)设有一个接收流体的微小通道(32)和一个信号转换模块，流量传感器(14)检测流体流量，将结果转化为电信号，并反馈给电路控制模块。

3.根据权利要求1或2所述的流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，其特征在于：所述流速调节器(15)包括一个弹性金属薄膜片(31)，弹性金属薄膜片(31)为拱形曲面体，流速调节器(15)安装在流量传感器(14)之前，调节流体的压力和流速，使其以匀速流入流量传感器(14)中。

4.根据权利要求3所述的流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，其特征在于：所述电路控制模块包括驱动压电振子变形的驱动子模块和对比电信号与目标流量信号的分析子模块；将反馈的电信号和目标流量进行对比，控制压电振子的变形量；驱动子模块分别与第一压电振子(5)、第二压电振子(6)、第三压电振子(10)、第四压电振子(11)相连，分析子模块与信号转换模块相连。

5.根据权利要求4所述的流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，其特征在于：所述弹性阀片均安装在泵体(7)上；第一弹性阀片(3)安装在第一腔室(2)的入口处，第二弹性阀片(4)安装在第一腔室(2)的出口处，第三弹性阀片(8)安装在第三腔室(18)的入口处，第六弹性阀片(19)安装在第三腔室(18)的出口处，第四弹性阀片(13)安装在第四腔室(12)的入口处，第五弹性阀片(17)安装在第四腔室(12)的出口处，第七弹性阀片(20)安装在第二腔室(21)的入口处，均由弹性金属薄膜制成。

6.根据权利要求5所述的流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，其特征在于：所述第一压电振子(5)、第二压电振子(6)、第三压电振子(10)、第四压电振子(11)，由压电陶瓷薄膜与金属薄膜由导电胶粘接复合而成。

7.根据权利要求6所述的流量可控式多腔有阀压电薄膜微泵，其特征在于：所述泵体(7)由多层分体粘接组合而成。