CN216131057U - 一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵，包括中间泵座、阀片、压电固定环、端盖、固定螺栓、密封圈、压电组件和配流阀组件等。为了防止压电陶瓷材料对试剂、细胞等的污染以及液体接触到金属片而影响其性能，增加了压电绝缘膜；配流阀采用阀体、密封垫和弹簧组合的方式，可通过调节固定螺母进一步来调节弹簧力，进而可控制配流阀的进/出液量；多个压电片层叠式并联排布，增加了微泵的最大排量，进一步提高了其性能。本实用新型具有结构简单、响应速度快、体积小、压力大、不泻压、无污染等特点，解决了现阶段功能过于单一、泵的效率低下等问题，对医疗、环境监测等行业的发展具有及其重要的推动作用和现实意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微泵，具体涉及一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵。
背景技术
微流体系统作为微机电系统中的重要部分，近年来发展势头日益强劲。一方面由于MEMS技术逐渐成熟，另一方面由于微流体系统自身具有的广阔应用领域，包括药物传输、环境监测、DNA制备、喷墨嘴等领域。其中，微型泵主要承担着传递试剂、传输细胞、移动流体的任务。微型泵是系统的驱动元件，目前世界各国与众多企业都在研发微型泵，其性能虽然稳定，但其具有实用价值的却并不多见。
近几年来，采用压电陶瓷为驱动单元的压电泵被广泛研究。其采用电声陶瓷材料衍生改进制作出高性能压电振子，具有较强的散热稳定性、强度高、韧性好、抗断裂性能好、弹性模量大、抗氧化性强诸多优点；此外，压电泵本身具有结构简单、响应速度快、体积小、无噪音、压力大、扬程高、不泻压、无污染、安装使用方便等特点。但现阶段国内对压电泵的研究功能过于单一、泵的效率低下，为提高泵的输出效率，即开发一种功能更多、效率更高、实用性更强的压电泵，对世界的医疗、环境监测等行业的发展具有及其重要的推动作用和现实意义。
实用新型内容
针对现阶段医疗、环境监测等行业的发展和现有压电泵的缺点，本实用新型设计了一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵，其采用电声陶瓷材料衍生改进制作出高性能压电振子作为驱动单元，为增大泵的排量，本实用新型将多个压电陶瓷纵向层叠式排布；针对液体的导电性，本实用新型在压电陶瓷与液体接触部位增加了绝缘膜，防止压电陶瓷材料对试剂、细胞等的污染以及流体导电影响到压电陶瓷的性能。
所述的一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵包括中间泵座、阀片、压电固定环、端盖、固定螺栓、密封圈、压电组件和配流阀组件等。其中，压电组件包括压电陶瓷和绝缘膜；配流阀组件包括阀体、密封垫、阀体弹簧和固定螺母。
所述的中间泵座主体为对称的长方体结构，其内部有圆形截面引流通道，上下两端面有O形圈槽用于引流进/出口的密封。
所述的阀片主体为对称的长方体结构，中间有一个矩形截面圆环状凸起的压电固定槽用于固定压电陶瓷，凸起的压电固定槽内侧有一个矩形截面的凹槽用于放置O形圈进行密封；圆柱形凹槽为储液腔，其内部分别有两个阀体固定孔放置配流阀用于液体的进出；压电固定槽外侧有两个带有矩形截面O形圈槽的引流进/出口对称放置。
所述的压电固定环上、下两端面分别设置了一个压电压紧槽，在两个压紧槽之间有一个圆形引线孔用于引出导线，压紧槽的外部有两个引流进/出口进行液体引流。
所述的端盖有一个阀口进液腔和一个阀口出液腔，且两腔外侧均有矩形截面的O形圈槽。
所述的中间泵座、阀片、和压电固定环中的引流进/出口中轴线重合，共同组合成引流通道用于两端储液腔的液体引流；中间泵座、阀片、压电固定环和端盖这四类部件中每个部件均有四个螺栓固定孔阵列排布，且每个部件的螺栓固定孔与另一个部件的螺栓固定孔一一对应，通过螺栓固定孔用螺栓把整个结构固定。
进一步的，所述的压电组件中，压电陶瓷片由压电陶瓷和金属片组成，压电绝缘膜所用材料为绝缘材料，压电绝缘膜安装在金属片一侧，其作用是为了防止压电陶瓷材料对试剂、细胞等的污染以及液体接触到金属片而影响其性能，起到绝缘作用。
所述的配流阀组件中，阀体、阀体固定螺母为金属材质；密封垫为橡胶材质，密封垫安装在阀体后用密封胶粘住，防止缝隙中有液体漏出；阀体组件只能进行上下移动，在弹簧力的作用下，密封垫始终被阀体的阀头压在阀片上，并由密封垫与阀片接触密封，防止储液腔内部的液体倒流，此外还可调节固定螺母进一步来调节弹簧力，进而可控制配流阀的进/出液量。
与现有技术相比，本实用新型能带来以下有益效果：
本实用新型为增大泵的排量，将多个压电陶瓷纵向层叠，式排布；针对液体的导电性，本实用新型在压电陶瓷与液体接触部位增加了绝缘膜，防止压电陶瓷材料对试剂、细胞等的污染以及流体导电影响到压电陶瓷的性能。
附图说明
图1是本实用新型的总装结构示意图；
图2是中间泵座的结构示意图；
图3是阀片的结构示意图；
图4是压电固定环的结构示意图；
图5是端盖的结构示意图；
图6是绝缘膜的结构示意图；
图7是压电陶瓷的结构示意图；
图8是阀体固定螺母的结构示意图；
图9是阀体的结构示意图；
图10是密封垫的结构示意图。
上述图中标识为：1、中间泵座；2、阀片；3、压电固定环；4、端盖；5、储液腔；6、螺栓；7.1-7.6、O形圈；8、导线；9、绝缘膜；10、压电陶瓷片；11、阀体固定螺母；12阀体弹簧；13、阀体；14、密封垫；1.1、主进液口；1.2、2.1、3.1、引流进口；1.3、4.1、阀口进液腔；1.4、4.3阀口出液腔；1.5、2.7、3.4、引流出口；1.6、主出液口；1.7、2.8、3.5、4.4螺栓固定孔；2.2压电固定槽；2.3,、进液阀体固定孔；2.4、储液腔凹槽；2.5、出液阀体固定孔；2.6、4.2、O形圈凹槽；3.2、压电压紧槽；3.3、引线孔；9.1、绝缘膜侧边；9.2、压电陶瓷片放置区；10.1、压电陶瓷；10.2、金属片；12.1、内螺纹；13.1阀体散流口；13.2，阀体进液腔；13.3、外螺纹；14.1、密封部位。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
图1是本实用型的一种实施例，包括外壳体中间泵座1、阀片2、压电固定环3、端盖4、储液腔5、螺栓6、O形圈7.1-7.6、导线8、绝缘膜9、压电陶瓷片10、阀体弹簧11、阀体固定螺12、阀体13、密封垫14。本实例采用四个压电陶瓷片上下层叠对称式排列，液体通过中间泵座进出，中间泵座上下各两个压电陶瓷片，每两个压电陶瓷片共用一个引线口。
所述的中间泵座、阀片、压电固定环和端盖分别如图2、3、4和5所示，液体从主进液口1.1进入到泵体后被分成三路，其中有两路分别从引流进口1.2、2.1和3.1共同组成的引流通道进入到端盖4的两端阀口进液腔4.1内，另一路直接进入到阀口进液腔1.3内，然后经配流阀组件进入到由阀片2中的储液腔凹槽2.4与压电组件共同组成的储液腔5内，经过有压电组件中的压电陶瓷片10的作用，使得储液腔的液体从另一个阀口组件排出到阀口出液腔1.4和4.3，最后两端阀口出液腔的液体由引流出口1.5、2.7和3.4共同组成的引流通道排出，中间泵座内的阀口出液腔液体与引流通道出来的液体交汇后经过主出液口1.6共同排出，中间泵座、阀片、压电固定环和端盖的引流进/出口之间均由O形圈7.1、7.2、7.3和7.4进行密封，其中，所述的壳体4中的阀口进液腔4.1和阀口出液腔4.3均设有O形圈槽4.2用于放置O形圈7.1，在与中间泵座接触的阀片的阀体固定孔周围均有O形圈7.5密封。
所述的配流阀组件包括阀体弹簧11和固定螺母12、阀体13、密封垫14，阀体螺母与阀体通过螺纹12.1和13.3进行连接，阀体通过进/出液阀体固定孔2.3、2.5进行固定，在进液阀体固定孔处阀体的阀头朝向储液腔凹槽2.4，在出液阀体固定孔处阀头背向储液腔凹槽，阀体弹簧放置在阀体螺母和阀片之间，密封垫14与阀体的阀头出用密封胶粘合在一起；阀体组件只能进行上下移动，在弹簧力的作用下，密封垫始终被阀体的阀头压在阀片上，并由密封垫的密封部位14.1与阀片接触密封，防止储液腔内部的液体倒流，此外还可调节固定螺母进一步来调节弹簧力，进而可控制配流阀的进液量，配流阀的工作原理为：当液体进入储液腔5时，压电陶瓷片产生形变后使得储液腔体积变大，阀口进液腔1.3和4.1内的液体通过阀体进液腔13.2进入进液配流阀，然后经阀体散流口13.1排出到储液腔；当液体排出储液腔5时，储液腔体积变小，同理液体从出液配流阀进行排出。
所述的压电组件包括绝缘膜9和压电陶瓷片10，压电陶瓷片放在绝缘膜的压电陶瓷放置区9.2，绝缘膜边缘凸出部分为绝缘膜侧边9.1，其功能是防止金属片10.2直接与阀片接触而导电，压电陶瓷10.1与10.2始终粘合在一起；阀片2设有O形圈槽2.6，用于放置O形圈进行密封，放置储液腔的液体泄露，当压电组件安装好以后，阀片2上的压电固定槽2.2和压电固定环3中的压电压紧槽3.2共同把压电组件包围，导线从引线孔3.3引出。
所述的一种基于压电陶瓷层叠式多腔并联压电泵，其结构通过中间泵座1、阀片2、压电固定环3和端盖4中的螺栓固定孔1.7、2.8、3.5、4.4用螺栓6进行连接。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵，其特征在于：中间泵座、阀片、压电固定环、端盖、固定螺栓、密封圈、压电组件和配流阀组件等。其中，压电组件包括压电陶瓷和绝缘膜；配流阀组件包括阀体、密封垫、阀体弹簧和固定螺母。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵，其特征在于：所述的中间泵座主体为对称的长方体结构，其内部有圆形截面引流通道，上下两端面有O形圈槽用于引流进/出口的密封；阀片主体为对称的长方体结构，中间有一个矩形截面圆环状凸起的压电固定槽用于固定压电陶瓷，凸起的压电固定槽内侧有一个矩形截面的凹槽用于放置O形圈进行密封；圆柱形凹槽为储液腔，其内部分别有两个阀体固定孔放置配流阀用于液体的进出；压电固定槽外侧有两个带有矩形截面O形圈槽的引流进/出口对称放置；压电固定环上、下两端面分别设置了一个压电压紧槽，在两个压紧槽之间有一个圆形引线孔用于引出导线，压紧槽的外部有两个引流进/出口进行液体引流；端盖有一个阀口进液腔和一个阀口出液腔，且两腔外侧均有矩形截面的O形圈槽；
3.根据权利要求1或2所述的一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵，其特征在于：所述的中间泵座、阀片、和压电固定环中的引流进/出口中轴线重合，共同组合成引流通道用于两端储液腔的液体引流；中间泵座、阀片、压电固定环和端盖这四类部件中每个部件均有四个螺栓固定孔阵列排布，且每个部件的螺栓固定孔与另一个部件的螺栓固定孔一一对应，通过螺栓固定孔用螺栓把整个结构固定；
4.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵，其特征在于：所述的压电组件中，压电陶瓷片由压电陶瓷和金属片组成，压电绝缘膜所用材料为绝缘材料，压电绝缘膜安装在金属片一侧；
5.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的层叠式多腔并联压电泵，其特征在于：所述的阀体组件中，阀体和阀体固定螺母为金属材质；密封垫为橡胶材质，密封垫安装在阀体后用密封胶粘住，防止缝隙中有液体漏出；阀体组件只能进行上下移动，在弹簧力的作用下，密封垫始终被阀体的阀头压在阀片上，并由密封垫与阀片接触密封，防止储液腔内部的液体倒流。
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