CN206731337U - 一种负流阻振荡器 - Google Patents
一种负流阻振荡器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206731337U CN206731337U CN201720418413.0U CN201720418413U CN206731337U CN 206731337 U CN206731337 U CN 206731337U CN 201720418413 U CN201720418413 U CN 201720418413U CN 206731337 U CN206731337 U CN 206731337U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chamber
- flow resistance
- fluid channel
- entrance
- outlet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种负流阻振荡器,一种负流阻振荡器包括入口、出口、腔室,所述入口位于腔室的上端,所述出口位于腔室的下端;所述腔室中间设有弹性结构,并将腔室分隔成上腔室和下腔室;所述上腔室和下腔室之间设有产生恒定流阻的微流道,微流道将上腔室和下腔室连通;本实用新型的负流阻振荡器结构简单,操作控制更加方便,鲁棒性好。
Description
技术领域
本实用新型属于微流控器件,特别是一种负流阻振荡器。
背景技术
微流控是一项涉及到精密机械、流体力学、生物医学、化学等多个领域的交叉性科学技术,在生化分析、医疗诊断、药物筛选等方面存在广泛应用,并具有效率高、所需试样/试剂少、仪器设备便于小型化设计等优点,因而在近年获得了较快发展。
流体振荡器广泛应用于流体的控制和测量、流体混合、传热增强、预防污染以及清洁通道、增强化学反应等。传统的宏观流体振荡器技术已经发展的比较成熟了,比如:Gopalan S.,Russell G.,et al.2009.High efficiency multiple throat fluidicoscillator.United States Patent.No.:2009/0236449,美国专利:2009/0236449A1;Stouffer R.D.,Santamarina A.2006.Fluidic oscillator and method,美国专利:7134609B1;Raghu S.2001.Feedback-free fluidic oscillator and method,美国专利:6253782B1等等,这些设计通常都依赖于流体惯性,且只在高流量的情况下工作。在低雷诺数情况下,特别是微流体领域下,相关的设计选择还十分受限。
在之前,我们发明了一种振荡器(Xia H.M.,Wang Z.P.,Fan W.,Wang Z.F.,Amicrofluidic device for altering a fluid flow and a microfluidic systemincluding the microfluidic device,International Publication No.:WO 2012/036627A1),主要包括一个主腔室以及一个弹性膜。但是这种振荡器的结构相对复杂且制作成本高;与此同时,由于该振荡器的弹性膜的边缘是不固定的,这也可能影响整个振荡器的性能的一致性以及稳定性。
发明内容
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种基于负微分流阻原理(Negativedifferential flow resistance)的流体振荡器(简称负流阻振荡器),以解决层流流动下,流体粘性力占主导、微观流体振荡器选择受限的问题。此外还进一步优化了现有技术的振荡器结构复杂成本高、稳定性不够的问题。
实现本实用新型目的的技术解决方案为:
一种负流阻振荡器,包括入口、出口、腔室,所述入口位于腔室的上端,所述出口位于腔室的下端;所述腔室中间设有弹性结构,并将腔室分隔成上腔室和下腔室;所述上腔室和下腔室之间设有产生恒定流阻的微流道,微流道将上腔室和下腔室连通。
一种负流阻振荡器,包括入口、出口、腔室,所述入口位于腔室的上端,所述出口位于腔室的下端;弹性板的一端与腔室固定,另一端与腔室之间设有间隙作为微流道;弹性板形成一端固定的悬臂板的结构。
本实用新型与现有技术相比,其显著优点:
(1)本实用新型中的弹性结构边缘是完全夹紧或者固定的状态,鲁棒性好。
(2)微通道、微孔的设计可以取代凹槽或者弹性结构上的开口,更容易对器件性能进行表征。
(3)弹性结构与腔室可一体化加工或单独加工。
(4)本实用新型的负流阻振荡器可以通过弹性结构的形变量计算出水容(fluidcapacitance),根据流道的长度和横截面积计算出流阻(flow resistance),根据流体的密度等参数计算流体感应系数(fluid inductance)等参数。
(5)本实用新型的振荡器装置结构简单,操作控制更加方便。
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
附图说明
图1是实施例1中单个微流道的负流阻振荡器的结构示意图。
图2是实施例1中多个微流道的负流阻振荡器的结构示意图。
图3是实施例1中弹性结构与底板材料相同的负流阻振荡器的多层结构示意图。
图4是实施例1中弹性结构与底板材料相同的负流阻振荡器的三层结构示意图。
图5是负流阻振荡器实施例2的结构示意图。
图6是流阻振荡器实施例3的主视结构示意图。
图7是负流阻振荡器实施例3的俯视结构示意图。
图8是负流阻振荡器中弹性结构与腔室为整体加工的结构示意图。
具体实施方式
一种负流阻振荡器,包括入口1、出口2、腔室,其特征在于,所述入口1位于腔室的上端,所述出口2位于腔室的下端;所述腔室中间设有弹性结构4,并将腔室分隔成上腔室31和下腔室32;所述上腔室31和下腔室32之间设有产生恒定流阻的微流道5,微流道5将上腔室31和下腔室32连通。
进一步的,所述弹性结构4为弹性膜或硅橡胶、铜等弹性金属或者其他任何柔性材料制成的弹性板。
所述弹性结构4可单独加工后固定在上腔室31和下腔室32之间,也可以与腔室整体加工。
所述入口1和出口2的流向可以相同,相互垂直,或相反设置。
实施例1.
结合图1-2,一种负流阻振荡器,包括入口1、出口2、腔室,所述入口1位于腔室的上端,所述出口2位于腔室的下端;所述腔室中间设有弹性结构4,并将腔室分隔成上腔室31和下腔室32;所述上腔室31和下腔室32之间设有产生恒定流阻的微流道5,微流道5将上腔室31和下腔室32连通;所述微流道5设置在腔室3的外部,数量至少为1个。
在一些实施方式中,所述微流道5的尺寸同时远小于入口1和出口2的尺寸,以产生恒定流阻,进一步地使得上下腔室之间产生偏压,弹性结构4开始弯曲。
在另外一些实施方式中,微流道5采用S形或Z形的迂回形流道结构,以在上下腔室之间产生偏压,使得弹性结构4在偏压下产生弯曲;或者在微流道5中设置多个阻碍液体流道的格栅以产生恒定流阻,以在上下腔室之间产生偏压。
结合图1,所述入口1的流向平行于弹性结构4的平面设置,出口2的流向垂直于入口1的流向;结合图2,所述入口1的流向垂直于弹性结构4的平面设置,出口2的流向平行于入口1的流向,且流向相同;结合图3,所述入口1的流向平行于弹性结构4的平面设置,出口2的流向平行于入口1的流向,且流向相反;结合图4,所述入口1的流向平行于弹性结构4的平面设置,出口2的流向平行于入口1的流向,且流向相同。
结合图4,所述弹性板4与腔室一体化加工,以减少加工工序,降低成本。
实施例2.
结合图5、一种负流阻振荡器,包括入口1、出口2、腔室,所述入口1位于腔室的上端,所述出口2位于腔室的下端;所述腔室中间设有弹性结构4,并将腔室分隔成上腔室31和下腔室32;所述上腔室31和下腔室32之间设有产生恒定流阻的微流道5,微流道5将上腔室31和下腔室32连通;所述微流道5设置在腔室3的内部,并设置在弹性结构4上,弹性结构4上设有通孔作为微流道5,通孔的尺寸远小于入口1和出口2的尺寸,以产生恒定流阻,在上下腔室之间产生偏压,使得弹性部件4开始弯曲。
实施例3.
结合图6-7,一种负流阻振荡器,包括入口1、出口2、腔室,所述入口1位于腔室的上端,所述出口2位于腔室的下端;所述腔室中间设有弹性板6,并将腔室分隔成上腔室31和下腔室32;弹性板6的一端与腔室3固定,另一端与腔室之间设有间隙作为微流道5,以产生恒定流阻;弹性板6形成一端固定的悬臂板的结构。
工作时,所述弹性结构4与腔室3发挥的作用类似于水容,当流体从入口1流入腔室3时,由于恒定流阻的存在,在上腔室31和下腔室32之间会产生一个偏压,在偏压的作用下,弹性结构4向下弯曲,反向地增加了流动阻力,在这种情况下,弹性结构4与下腔室32下端表面也构成了一个压变流阻,且压变流阻的大小随入口1外部泵压的变化而变化。随着泵压的增加,弹性结构4的挠度与流体的流动阻力也跟着增加。当弹性结构4弯曲一定程度时,弹性结构4与下腔室32底部会形成一个狭窄的间隙,当流体流过间隙时,流体速度变快,而由于伯努利效应,流体的一部分静压转变为动压,此时会在弹性结构4上产生一个压降,使得弹性结构4进一步向下弯曲。当达到一个临界的压力值时,阻力的微弱变化也会产生较大的影响:进一步增加外部泵压会导致流量的减少,也就是说:微分流阻变为负值,弹性结构4发生自激振荡,稳定流动变为振荡流动。整个流体振荡器类似于一个具有非线性电阻的电子RLC振荡器。
结合图8,一种负流阻振荡器的加工过程,底板可通过微铣削、热压、注塑、冲孔、激光烧蚀等方式逐层加工最终形成振荡器,接着通过使用粘合剂粘合,热粘合或通过机械夹持的方式使得多个底板结合起来。其中:底板材料可以是高分子聚合物(比如PMMA,PC,COC等),玻璃,金属等。弹性结构4可以是硅橡胶、弹性金属膜或者其他柔性材料。结合图3,一种负流阻振荡器的多层结构示意图,包括入口1、出口2、腔室,其中入口1加工于第一层底板,上腔室31与部分微流道5加工于第二层底板,下腔室32与部分微流道加工于第三层底板,且弹性结构4与第三层底板一体化加工,出口2加工于第四层底板,微流道5将上腔室31、下腔室32连通;所述入口1的流向平行于弹性结构4的平面设置,出口2的流向平行于入口1的流向,且流向相反。结合图4,一种负流阻振荡器的三层结构示意图,包括入口1、出口2、腔室,其中入口1加工于第一层底板,上腔室31与部分微流道5加工于第二层底板,下腔室32、部分微流道、出口2加工于第三层底板,且弹性结构4与第三层底板一体化加工,第二层、第三层的微流道5将上腔室31、下腔室32连通;入口1的流向平行于弹性结构4的平面设置,出口2的流向平行于入口1的流向,且流向相同。
本实用新型的负流阻振荡器可以通过弹性结构4的形变量计算出水容(fluidcapacitance),根据流道的长度和横截面积计算出流阻(flow resistance),根据流体的密度等参数计算流体感应系数(fluid inductance)等参数;本实用新型中的弹性结构4边缘是完全夹紧或者固定的状态,鲁棒性好;整个结构简单,操作控制更加方便。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本实用新型的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (8)
1.一种负流阻振荡器,包括入口(1)、出口(2)、腔室,其特征在于,所述入口(1)位于腔室的上端,所述出口(2)位于腔室的下端;所述腔室中间设有弹性结构(4),并将腔室分隔成上腔室(31)和下腔室(32);所述上腔室(31)和下腔室(32)之间设有产生恒定流阻的微流道(5),微流道(5)将上腔室(31)和下腔室(32)连通。
2.根据权利要求1所述的负流阻振荡器,其特征在于,所述微流道(5)设置在腔室(3)的外部。
3.根据权利要求2所述的负流阻振荡器,其特征在于,所述微流道(5)的尺寸同时远小于入口(1)和出口(2)的尺寸。
4.根据权利要求2所述的负流阻振荡器,其特征在于,所述微流道(5)为迂回形的流道结构。
5.根据权利要求1所述的负流阻振荡器,其特征在于,所述微流道(5)位于腔体内,并设置在弹性结构(4)上,弹性结构(4)上设有通孔作为微流道(5),通孔的尺寸远小于入口(1)和出口(2)的尺寸。
6.根据权利要求4或5所述的负流阻振荡器,其特征在于,所述微流道(5)的数量至少为1个。
7.根据权利要求1所述的一种负流阻振荡器,其特征在于,所述弹性结构(4)为弹性膜或弹性板。
8.一种负流阻振荡器,包括入口(1)、出口(2)、腔室,其特征在于,所述入口(1)位于腔室的上端,所述出口(2)位于腔室的下端;弹性板(6)的一端与腔室(3)固定,另一端与腔室之间设有间隙作为微流道(5);弹性板(6)形成一端固定的悬臂板的结构。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201720418413.0U CN206731337U (zh) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | 一种负流阻振荡器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201720418413.0U CN206731337U (zh) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | 一种负流阻振荡器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN206731337U true CN206731337U (zh) | 2017-12-12 |
Family
ID=60560482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201720418413.0U Active CN206731337U (zh) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | 一种负流阻振荡器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN206731337U (zh) |
-
2017
- 2017-04-20 CN CN201720418413.0U patent/CN206731337U/zh active Active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10155222B2 (en) | Device for the separation of particles using a bulk acoustic wave field | |
Au et al. | Microvalves and micropumps for BioMEMS | |
Zhang et al. | Advances in valveless piezoelectric pump with cone-shaped tubes | |
Tsao et al. | Bonding of thermoplastic microfluidics by using dry adhesive tape | |
US20100158720A1 (en) | Valveless micropump | |
Hagmeyer et al. | Towards plug and play filling of microfluidic devices by utilizing networks of capillary stop valves | |
US10386282B2 (en) | Method, apparatus and micro-rheometer for measuring rheological properties of newtonian and non-newtonian fluids | |
US20070128082A1 (en) | Microflow coverage ratio control device | |
US20080160603A1 (en) | Flow stabilization in micro-and nanofluidic devices | |
CN103170265B (zh) | 一种压电微混合器 | |
Yang et al. | A valveless piezoelectric micropump with a Coanda jet element | |
CN106955803A (zh) | 一种负流阻振荡器及构建方法 | |
CN105413779A (zh) | 制备多乳液的微流控芯片夹具、及多乳液的制备系统 | |
Hou et al. | Recent trends in structures and applications of valveless piezoelectric pump—A review | |
CN206731337U (zh) | 一种负流阻振荡器 | |
Hsu et al. | Equivalent electrical network for performance characterization of piezoelectric peristaltic micropump | |
CN214288265U (zh) | 一种高效单双乳液分离分裂微流控集成芯片 | |
CN108993337A (zh) | 一种液滴流微反应器的集成装置 | |
CN109870205A (zh) | 微流体流量计及其制作方法 | |
Hairer et al. | An integrated flow-cell for full sample stream control | |
Zhang et al. | A smart and portable micropump for stable liquid delivery | |
Şimşek et al. | Fabrication and flow rate characterization of a DRIE process based valveless piezoelectric micropump | |
Huang et al. | Experimental analysis of time-phase-shift flow sensing based on a piezoelectric peristaltic micropump | |
Hsu et al. | An experimental and numerical investigation into the effects of diffuser valves in polymethylmethacrylate (PMMA) peristaltic micropumps | |
Ahmad et al. | Finger-actuated micropump of constant flow rate without backflow |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |