CN2704700Y - 分体式微量泵压电驱动器 - Google Patents

Abstract

一种分体式微量泵压电驱动器，该装置包含一个圆形压电陶瓷片，其特征是在压电陶瓷片的两圆面上涂覆银电极并极化；在轴对称条件下，将两个半径与压电陶瓷片相同的金属平顶锥壳，安装到压电陶瓷片的两个银电极表面上构成Cymbal换能器；在Cymbal换能器的两个振动面上，安装两个与Cymbal换能器的半径相同、由不同金属材料制成的厚度不等的金属盖板，构成分体式微量泵压电驱动器。这两个金属盖板的作用在于改善压电驱动器与微量泵泵体的力学匹配及安装条件，调整压电驱动器的谐振频率。本实用新型可应用于自动控制系统、机器人、航空航天控制系统、生物化学分析等方面。

Description

分体式微量泵压电驱动器

[所属技术领域]本实用新型涉及分体式微量泵驱动器，该装置属于自动控制领域，可应用于自动控制系统、机器人、航空航天控制系统、生物化学分析等方面。

[背景技术]微量泵驱动器是微量泵的动力装置。微量泵从结构上分为两类：第一类是驱动器与泵体合为一体的微量泵，称其为一体式微量泵；第二类是驱动器和泵体各自独立，通过组合安装构成的微量泵，称之为分体式微量泵。驱动器的性能取决于驱动器的动态位移。目前，广泛用于分体式微量泵的驱动器是采用单纯压电陶瓷片的轴向动态位移来驱动微量泵。由于压电陶瓷片的轴向动态位移与其半径成正比，当压电陶瓷片的半径较小时，其轴向动态位移很小。为实现对微量泵的有效驱动，通常只能加大压电陶瓷片的半径。这样，高驱动器动态性能与驱动器微型化之间的矛盾，成为分体式微量泵驱动器设计制造及其应用推广中的一个难题。

[发明内容]本实用新型的目的是提供一种分体式微量泵压电驱动器，该装置采用Cymbal换能器代替现有的分体式微量泵驱动器的压电陶瓷片，在相同的驱动器半径和驱动电压情况下，Cymbal换能器的轴向动态位移比压电陶瓷片的高一个数量级，解决了现有分体式微量泵驱动器技术中，压电陶瓷片驱动器的动态位移受其半径大小限制的问题。

实现本实用新型发明目的的技术方案：采用单一圆形压电陶瓷片，在其两圆面上涂覆银电极并极化；在轴对称条件下，将两个半径与压电陶瓷片相同的金属平顶锥壳，安装到压电陶瓷片的两个银电极表面上构成Cymbal换能器；在Cymbal换能器的两个振动面上，再安装两个与Cymbal换能器的半径相同、由不同金属材料制成的厚度不等的金属盖板，构成分体式微量泵压电驱动器。

所述分体式微量泵压电驱动器的原理：Cymbal换能器是具有优异性能的小型弯张换能器，它通过金属平顶锥壳与压电陶瓷片的耦合作用，将压电陶瓷片的径向扩张振动模态改变为金属平顶锥壳的弯张振动模态，从而产生较大的轴向的位移，并使外界作用在Cymbal换能器上的轴向外力通过金属平顶锥壳与压电陶瓷片的耦合作用，改变为径向扩张振动模态与压电陶瓷片的径向扩张振动模态的迭加，以产生较大的径向张力。在Cymbal换能器的一个振动周期内，其轴向与径向的振动模态相互转换，因而，与单一压电陶瓷片相比较，其轴向有较大的动态位移。应用Cymbal换能器的这一特点，在其两个振动面上安装金属盖板的作用在于改善压电驱动器与微量泵泵体的力学匹配及安装条件，调整压电驱动器的谐振频率。

本实用新型有如下积极效果：

1.在驱动器半径较小和驱动电压恒定的条件下，本实用新型可以获得比半径相同的压电陶瓷片驱动器大一个数量级的动态位移，如加载1V驱动电压，本实用新型的轴向动态位移可达0.5μm，是制作Cymbal换能器的单一压电陶瓷片轴向动态位移的20多倍；

2.本实用新型的驱动电压与轴向动态位移成线性关系，驱动电压在1～100V范围连续可调；

3.改变本实用新型金属盖板的材料或厚度，可在5000～15000Hz范围内调整驱动器的谐振频率。

[附图说明]

图1是本实用新型的结构示意图

图2是本实用新型的动态位移曲线图

[具体实施方式]

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的说明。

参照图1，采用单一圆形压电陶瓷片(1)，在其两圆面上涂覆银电极并极化；在轴对称条件下，将两个半径与压电陶瓷片相同的金属平顶锥壳(2)，用环氧树脂胶粘结到压电陶瓷片的两个银电极表面上构成Cymbal换能器，这两个金属平顶锥壳作为Cymbal换能器的振动面和电极；在Cymbal换能器的两个振动面上，再用环氧树脂胶分别粘结上两个与Cymbal换能器半径相同、由不同金属材料制成的厚度不等的金属盖板(3)，构成分体式微量泵压电驱动器。

当驱动电压为1V并且驱动器的谐振频率等于驱动电源的频率时，本实用新型的轴向动态位移与径向位置的关系如图2所示。其中横坐标表示驱动器的径向位置，纵坐标表示驱动器的轴向位移，坐标原点在压电陶瓷片的圆心处。由此图可见，驱动器的轴向动态位移在圆心处为最大值，在径向轴对称分布，并随径向位置的增大而衰减。

本实用新型的驱动电压V与轴向动态位移Y的关系为

                              Y＝0.5V(微米/伏)

驱动电压在1～100V的范围连续可调，调节驱动电压可改变微量泵的流量。当驱动器的谐振频率等于驱动电源的频率时，驱动器的轴向动态位移达最大值。

最佳实施例：用半径为10mm、厚度为1mm的压电陶瓷片(PZT5A)，在其两圆面上涂覆银电极并极化，在轴对称条件下，将两个半径为10mm、厚0.5mm的H62黄铜平顶锥壳，用环氧树脂胶粘结到压电陶瓷片的两对称的银电极面上，构成Cymbal换能器。在Cymbal换能器黄铜平顶锥壳的上顶面，用环氧树脂胶粘结一个半径为10mm、厚度为6mm、由硬铝制成的上盖板；在Cymbal换能器黄铜平顶锥壳的下顶面，用环氧树脂胶粘结一个半径为10mm、厚度为16mm、由H62黄铜制成的下盖板，上下两盖板的间距为2-6mm，构成分体式微量泵压电驱动器。实测结果表明，当该驱动器的驱动电压为1V时，其轴向动态位移为0.5μm；当驱动电压为10V时，轴向动态位移为5μm；驱动电压与轴向动态位移成线性关系。

Claims (3)

1.一种分体式微量泵压电驱动器，该装置包含一个圆形压电陶瓷片，其特征是在压电陶瓷片的两圆面上涂覆银电极并极化；在轴对称条件下，将两个半径与压电陶瓷片相同的金属平顶锥壳，安装到压电陶瓷片的两个银电极表面上构成Cymbal换能器；在Cymbal换能器的两个振动面上，安装两个与Cymbal换能器的半径相同、由不同金属材料制成的厚度不等的金属盖板，构成分体式微量泵压电驱动器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特性是所述的驱动器上下两金属盖板的间距为2-6mm。

3.根据权利要求1，2所述的装置，其特性是所述的驱动器的谐振频率等于驱动电源的频率，驱动电压为1～100V。