CN208416839U - 一种变刚度压电振子驱动的微滴泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，包括支撑夹块、变刚度压电振子、泵体、入口软管、出口软管和辅助软管。其中变刚度压电振子由压电纤维复合材料与金属基板粘合而成，中间开有圆孔，用于连接泵体。压电振子周边采用变刚度夹持的支撑方式，通过旋转压电振子的角度，以改变其刚度，达到刚度连续可变的目的；泵体由入口管、出口管、入口泵体、中间泵体、出口泵体、阀座和阀片组成，其中阀片粘贴在泵体下游一侧；辅助软管连通容器与出口软管，并且在辅助软管中设有辅助止回阀。本实用新型压电振子采用垂直于水平面的布置方式，消除压电振子与泵体自身重力对压电振子振动性能的影响，此外通过设置辅助软管可以增大微滴泵的工作效率。

Description

一种变刚度压电振子驱动的微滴泵

技术领域

本实用新型属于微流体传输与控制以及微机械技术领域，是一种利用惯性力输送流体的泵送装置，具体涉及一种基于压电纤维复合材料驱动的变刚度压电振子微滴泵

背景技术

压电驱动微泵结构简单，不受磁场的干扰，便于控制，能量密度高，频率范围广，体积小，耗能低，可靠性强等特点，具有其他驱动微泵无法比拟的优势，故受到了国内外学者广泛的追捧。压电泵作为新型驱动泵，现已广泛应用于航空航天、生物医学、电子器件及燃料供给等各个领域内。其典型的工作模式为压电振子往复振动引起泵腔容积变化。泵腔内的两个单向阀对应动作形成吸程与排程两个工作阶段。然而，由于压电振子在电场作用下的驱动位移小，从而产生的泵腔体积变化也小，效率较低；另外，由于传统的压电陶瓷经常出现发热、容易破碎、严重影响了压电泵的工作寿命。

发明内容

压电纤维复合材料作为一种新型压电材料，其驱动力大、不易破碎，具有良好的应用前景，发明将柔性压电纤维复合材料应用于微泵驱动方向，将其与微泵相结合，利用惯性原理，设计出一种基于压电纤维复合材料驱动的、可精确控制流量的微滴泵，

上述目的主要通过以下技术方案来实现：

本实用新型一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，包括支撑夹块、变刚度压电振子、泵体、入口软管、出口软管、辅助软管。其中变刚度压电振子由压电纤维复合材料与金属基板粘合而成，中间开有圆孔，用于连接泵体，并且压电振子采用垂直于水平面的布置方式，消除压电振子与泵体自身重力对压电振子振动性能的影响；泵体由入口管、出口管、入口泵体、中间泵体、出口泵体、左阀座、左阀片、右阀座和右阀片组成，其中阀片粘贴在阀座下游一侧；辅助软管连通容器与出口软管，并且在辅助软管中设有辅助止回阀片；软管的出口位置高于容器液面高度，防止流体自动流出。初始状态，泵体位置低于容器内流面高度，因此泵腔中始终充满流体。工作时，压电振子带动泵体左右往复振动，泵体中的阀片受到自身惯性力和上下游泵腔中流体压力差的作用，泵体中阀片开启，流体通过阀孔流入到下游泵腔中；出口处的流体具有较高的动能，使辅助软管与泵体出口连接处的静压降低，将辅助软管中流体通过辅助止回阀片吸入到出口软管中，因此在压电振子连续振动过程中流体将持续从出口泵出，如此周而复始可达到连续泵送的目的。

所述的压电泵在泵体结构外设有辅助软管，连接容器与出口软管，容器内的流体一部分从泵体中泵出，一部分从辅助软管中泵出，增大了压电泵的输出流量。

所述的变刚度压电振子周边采用变刚度夹持的支撑方式，通过旋转压电振子的角度，以改变其刚度，达到刚度连续可变、固有频率连续可调的目的。

所述的阀座可以为两层、单层，或者多层，形成多腔串联微滴泵，增大其输出压力。

所述的阀座可以布置单个阀孔，也可以布置多个阀孔，止回阀片可以为悬臂梁阀、轮式阀，也可以为多瓣止回阀。

附图说明：

图1为本实用新型一种变刚度压电振子驱动的微滴泵的结构示意图

图2为本实用新型所采用的变刚度压电振子结构图

图3为本实用新型所采用的一种多阀孔的阀座与其想对应的多瓣止回阀片图

图4为本实用新型的工作原理图

其中：1-支撑夹块；2-变刚度压电振子；3-入口管；4-入口泵体；5-左阀座；6-左阀片；7-中间泵体；8-出口泵体；9-右阀座；10-右阀片；11-出口管；12-辅助软管；13-辅助止回阀；14-入口软管；15-出口软管；16-容器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型结构和原理做进一步的描述

一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，包括支撑夹块1、变刚度压电振子(2、泵体、入口软管14、出口软管15、辅助软管12。其中变刚度压电振子2由压电纤维复合材料22与金属基板21粘合而成，中间开有圆孔，用于连接泵体，并且压电振子2采用垂直于水平面的布置方式，消除压电振子2与泵体自身重力对压电振子振动性能的影响；泵体由入口管3、出口管11、入口泵体4、中间泵体7、出口泵体8、左阀座5、左阀片6、右阀座9和右阀片10组成，其中阀片粘贴在阀座下游一侧；辅助软管12连通容器16与出口软管15，并且在辅助软管12中设有辅助止回阀片13；软管15的出口位置高于容器16液面高度，防止流体自动流出。初始状态，泵体位置低于容器12内流面高度，因此泵腔中始终充满流体。

参照图4(a)-(b)，当压电振子2向右运动时，带动泵体一起由中间平衡位置运动到最右端，由于在中间位置时泵体速度最大，因此泵体向右做减速运动，此时泵体内的阀片6、10在自身惯性力和上下游泵腔中流体压力差的作用下开启，流体通过阀孔流入到下游泵腔中；由于出口管11处的流体具有较高的动能，使辅助软管12与泵体出口软管15连接处的静压降低，将辅助软管12中流体通过辅助止回阀片13吸入到出口软管15中，出口软管中流体由出口泵出。

参照图4(b)-(c)，当压电振子带动泵体从最右端运动到中间平衡位置时，在这一阶段，由于泵体与泵体中流体的相对运动，阀片在自身惯性力、上下游泵腔中流体压力差的作用下始终保持开启状态，流体由阀孔流入到下游泵腔中，由于出口管11处的流体具有较高的动能，使辅助软管12与泵体出口软管15连接处的静压降低，将辅助软管12中流体通过辅助止回阀片13吸入到出口软管15中，出口软管中流体由出口泵出。

参照图4(c)-(d)，泵体由中间平衡位置运动到最左端，在这一阶段，泵体将减速向左运动。由于泵体与流体同样具有相对运动，因此阀片6、10将一直开启，流体经阀孔流入到右侧泵腔中，同时只要右侧出口流体具有较高的动能，辅助止回阀片13将始终保持开启状态。

参照图4(d)-(a)，泵体由最左端运动到中间平衡位置，在这一阶段，阀片6、10、13始终处于关闭状态。

Claims (4)

1.一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，其特征在于：包括支撑夹块(1)、变刚度压电振子(2)、泵体、入口软管(14)、出口软管(15)、辅助软管(12)；其中变刚度压电振子(2)由压电纤维复合材料(22)与金属基板(21)粘合而成，中间开有圆孔，用于连接泵体，并且压电振子(2)采用垂直于水平面的布置方式，消除压电振子(2)与泵体自身重力对压电振子振动性能的影响；泵体由入口管(3)、出口管(11)、入口泵体(4)、中间泵体(7)、出口泵体(8)、左阀座(5)、左阀片(6)、右阀座(9)和右阀片(10)组成，其中阀片粘贴在阀座下游一侧；辅助软管(12)连通容器(16)与出口软管(15)，并且在辅助软管(12)中设有辅助止回阀片(13)；软管(15)的出口位置高于容器(16)液面高度，防止流体自动流出；初始状态，泵体位置低于容器(16)内流面高度，因此泵腔中始终充满流体；工作时，压电振子(2)带动泵体左右往复振动，泵体中的阀片受到自身惯性力和上下游泵腔中流体压力差的作用，泵体中阀片(6、10)开启，流体通过阀孔流入到下游泵腔中；出口处的流体具有较高的动能，使辅助软管(12)与泵体出口连接处的静压降低，将辅助软管中流体通过辅助止回阀片(13)吸入到出口软管(15)中，因此在压电振子连续振动过程中流体将持续从出口泵出，如此周而复始可达到连续泵送的目的。

2.根据权利要求1所述的一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，其特征在于：所述的变刚度压电振子(2)周边采用变刚度夹持的支撑方式，通过旋转压电振子(2)的角度，以改变其刚度，达到刚度连续可变、固有频率连续可调的目的。

3.根据权利要求1所述的一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，其特征在于：所述的阀座(5、9)设置为m层，m≥1。

4.根据权利要求1所述的一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，其特征在于：所述的阀座(5、9)上布置n个阀孔，n≥1；单向阀采用轮式阀、悬臂梁阀或多瓣阀。