RU175857U1

RU175857U1 - Piezoelectric micropump

Info

Publication number: RU175857U1
Application number: RU2016152052U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Виноградов; Игорь Анатольевич Иваникин; Роман Вадимович Любченко; Павел Андреевич Титов
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2017-12-21

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для прецизионной перекачки жидкости или газа, а именно к пьезоэлектрическим насосам мембранного типа, и может применяться в медицине, в космической, вакуумной технике и в других областяхПьезоэлектрический микронасос содержит корпус с входным и выходным отверстиями, закрепленную на нем мембрану с пьезоэлектрическими элементами, мембрана выполнена в форме тонкого диска толщиной от 0,03 мм до 0,5 мм, а пьезоэлектрические элементы выполнены в виде колец, концентрически расположенных на поверхности мембраны с образованием между ними радиальных зазоров с пониженной жесткостью изгиба мембраны и обеспечивающих при подаче переменного напряжения с разной фазой ее волнообразную деформацию, перемещающую рабочую жидкость или газ от входного отверстия к выходному. Кроме того, пьезоэлектрический микронасос содержит по меньшей мере два пьезоэлектрических элемента. Кроме того, пьезоэлектрические элементы выполнены с одинаковыми площадями торцевых поверхностей, при этом ширина каждого кольцевого пьезоэлектрического элемента выбирается из условия сохранения равенства площадей торцевых поверхностей всех пьезоэлектрических элементов. Пьезоэлектрический микронасос может быть дополнительно снабжен пьезоэлектрическим элементом в форме диска, закрепленным в центре на поверхности мембраны. На плоской поверхности корпуса под мембраной может быть выполнена кольцевая проточка, соединенная с входным отверстием.Предложенный пьезоэлектрический микронасос позволяет повысить производительность перекачки жидкости за счет увеличения рабочего хода мембраны путем использования деформаций кольцевых участков пониженной жесткости в зазорах между пьезоэлектрическими элементами, а также применения пьезоэлектрических элементов кольцевой формы с примерно одинаковыми площадями торцевой поверхности.The utility model relates to devices for the precision pumping of liquid or gas, namely to membrane-type piezoelectric pumps, and can be used in medicine, space, vacuum technology and other fields. A piezoelectric micropump contains a housing with inlet and outlet openings, a membrane with piezoelectric mounted on it elements, the membrane is made in the form of a thin disk with a thickness of 0.03 mm to 0.5 mm, and the piezoelectric elements are made in the form of rings concentrically located on the surface of the meme wound to form a radial gap therebetween with a reduced bending stiffness of the membrane and provide an alternating voltage at a different phase of its wave-like deformation that moves the hydraulic fluid or gas from the inlet to the outlet. In addition, the piezoelectric micropump contains at least two piezoelectric elements. In addition, the piezoelectric elements are made with the same area of the end surfaces, while the width of each annular piezoelectric element is selected from the condition of maintaining the equality of the area of the end surfaces of all piezoelectric elements. The piezoelectric micropump may further be provided with a disk-shaped piezoelectric element mounted centrally on the surface of the membrane. An annular groove connected to the inlet can be made on the flat surface of the housing under the membrane. The proposed piezoelectric micropump can improve the pumping capacity of the liquid by increasing the working stroke of the membrane by using deformations of the ring sections of reduced stiffness in the gaps between the piezoelectric elements and the use of piezoelectric ring elements forms with approximately the same area of the end surface.

Description

Полезная модель относится к устройствам для прецизионной перекачки жидкости или газа, а именно к пьезоэлектрическим насосам мембранного типа, и может применяться в медицине, в космической, вакуумной технике и в других областях.The utility model relates to devices for the precision pumping of liquid or gas, namely to membrane-type piezoelectric pumps, and can be used in medicine, in space, vacuum technology and in other fields.

Известен пьезоэлектрический микронасос, включающий корпус насоса, верхнюю камеру, вентиляционные отверстия, нижний корпус, нижнюю камеру, диафрагму круглой формы и пьезоэлектрический привод. Корпус насоса и нижний кожух соединены вместе. Насос находится в нижней части нижней камеры (Патент Китая №203248325, МПК F04B 23/10, опубл. 23.10.2013).A known piezoelectric micropump, including a pump casing, an upper chamber, ventilation holes, a lower casing, a lower chamber, a circular diaphragm and a piezoelectric drive. The pump housing and lower casing are connected together. The pump is located in the lower part of the lower chamber (Chinese Patent No. 203248325, IPC F04B 23/10, publ. 23.10.2013).

Недостатком известного устройства является низкая точность дозирования, поскольку для перекачки жидкости используется вихревое турбулентное движение от входного отверстия к выходному без определенного направления и нерегламентированного объема. Кроме того, наличие двух камер, соединенных отверстием, усложняет конструкцию и снижает надежность ее работы.A disadvantage of the known device is the low accuracy of dosing, since vortex turbulent motion from the inlet to the outlet without a specific direction and unregulated volume is used for pumping liquid. In addition, the presence of two chambers connected by an opening complicates the design and reduces the reliability of its operation.

Известен пьезоэлектрический микронасос, способный транспортировать жидкость без использования обратного клапана и обеспечить желаемую скорость потока с помощью простой конструкции. Микронасос имеет диафрагму, на которой закреплен пьезоэлектрический элемент в ее центральной части, насос, камеру, образованную между корпусом насоса и диафрагмой. Диафрагма с пьезоэлементом расположена внутри камеры. Изгиб диафрагмы вызывается вибрацией пьезоэлектрического элемента на одной из двух низших резонансных частот (Патент Японии №5429317, МПК F04B 43/04, F04B 43/02, опубл. 26.02.2014).A known piezoelectric micropump capable of transporting fluid without using a check valve and provide the desired flow rate using a simple design. The micropump has a diaphragm on which a piezoelectric element is fixed in its central part, a pump, a chamber formed between the pump housing and the diaphragm. The piezo diaphragm is located inside the camera. The bending of the diaphragm is caused by vibration of the piezoelectric element at one of the two lowest resonant frequencies (Japanese Patent No. 5429317, IPC F04B 43/04, F04B 43/02, publ. 02.26.2014).

Недостатком известного устройства является ограниченное управление производительностью, так как работа насоса требует фиксированной резонансной частоты возбуждения, которая существенно зависит от свойств перекачиваемой жидкости (или газа). Кроме того, поскольку диафрагма с пьезоэлементом расположена внутри камеры, то возможен контакт перекачиваемой жидкости с электродом пьезоэлемента, который находится под напряжением, что повышает опасность разрушения устройства.A disadvantage of the known device is the limited performance control, since the operation of the pump requires a fixed resonant excitation frequency, which substantially depends on the properties of the pumped liquid (or gas). In addition, since the diaphragm with the piezoelectric element is located inside the chamber, it is possible for the pumped liquid to contact the piezoelectric electrode, which is energized, which increases the risk of destruction of the device.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для переноса жидкости, включающее корпус, выполненный из твердого материала; дисковый пьезоэлемент, выполненный изгибаемым на корпусе; на котором расположено множество кольцевых концентрических сегментов электродов; устройство подачи напряжения, выполненное с возможностью приложения напряжений к сегментам электродов таким образом, что напряжения последовательно сдвигаются по фазе; напряжения прикладываются к сегментам электродов с фазами, которые сдвинуты так, чтобы обеспечить волнообразную кольцевую деформацию на пьезоэлементе и переместить полость, возникающую между пьезоэлементом и корпусом в радиальном направлении так, чтобы жидкость перемещалась между наружной преимущественно кольцевой частью и центральной областью корпуса. Дисковый пьезоэлектрический элемент соединен с корпусом вдоль внешней кольцевой части дискового пьезоэлектрического элемента (Патент США №8308454, МПК F04B 17/03, опубл. 13.11.2012).Closest to the claimed utility model in technical essence and the achieved technical result is a device for transferring liquid, comprising a housing made of solid material; a disk piezoelectric element made bent on the body; on which there are many ring concentric segments of the electrodes; a voltage supply device configured to apply voltages to the segments of the electrodes in such a way that the voltages are successively phase shifted; stresses are applied to the segments of the electrodes with phases that are shifted so as to provide a wave-like annular deformation on the piezoelectric element and to move the cavity arising between the piezoelectric element and the body in the radial direction so that the fluid moves between the outer predominantly annular part and the central region of the body. The disk piezoelectric element is connected to the housing along the outer annular part of the disk piezoelectric element (US Patent No. 8308454, IPC F04B 17/03, publ. 13.11.2012).

В одном из конструктивных вариантов исполнения дисковый пьезоэлемент выполнен из двух пьезоэлектрических слоев, разделенных сплошным внутренним электродом, а внешние кольцевые сегменты электродов находятся напротив друг друга (фиг. 4 к описанию патента). В технической литературе такой пьезоэлемент известен как биморф. Оба пьезоэлектрических слоя поляризованы по толщине в одинаковом направлении (см. строки 40-45 колонки 6 описания), в результате чего одинаковое напряжение на противоположных сегментах относительно среднего электрода приводит к локальному изгибу кольцевого участка пьезодиска. Переменное напряжение смещает в радиальном направлении амплитуду изгиба, что приводит к смещению кольцевой полости с жидкостью к выходному отверстию.In one design embodiment, the disk piezoelectric element is made of two piezoelectric layers separated by a solid internal electrode, and the outer ring segments of the electrodes are opposite each other (Fig. 4 to the description of the patent). In the technical literature, such a piezoelectric element is known as a bimorph. Both piezoelectric layers are polarized in thickness in the same direction (see lines 40-45 of column 6 of the description), as a result of which the same voltage on opposite segments relative to the middle electrode leads to local bending of the annular portion of the piezodisc. The alternating voltage shifts the bending amplitude in the radial direction, which leads to the displacement of the annular cavity with the liquid to the outlet.

Недостатком известного устройства является небольшой прогиб дискового пьезоэлемента при волнообразной кольцевой деформации из-за повышенной жесткости. Постоянная жесткость изгиба по все плоскости дискового пьезоэлемента не позволяет увеличить локальный прогиб до необходимой величины и повысить производительность микронасоса. Для увеличения прогибов потребуется повысить подаваемое напряжение, что не всегда возможно в силу ограниченной электрической прочности пьезоматериала, превышение которой может привести к разрушению приводного элемента.A disadvantage of the known device is the small deflection of the disk piezoelectric element with a wave-like ring deformation due to increased rigidity. The constant bending stiffness over all planes of the disk piezoelectric element does not allow increasing the local deflection to the required value and increasing the micropump productivity. To increase the deflections, it is necessary to increase the supplied voltage, which is not always possible due to the limited dielectric strength of the piezoelectric material, the excess of which can lead to the destruction of the drive element.

Другим недостатком предложенного в прототипе микронасоса является то, что по мере приближения к центральной части корпуса с выходным отверстием объем полости с жидкостью при волновом движении уменьшается пропорционально квадрату радиуса, что создает избыточное давление на пьезодиск, нарушив герметичность между кольцевыми полостями, возникает неопределенность в производительности, поскольку не вся поступившая жидкость дойдет до выходного отверстия.Another disadvantage of the micropump proposed in the prototype is that when approaching the central part of the casing with the outlet, the volume of the cavity with liquid during wave motion decreases in proportion to the square of the radius, which creates excessive pressure on the piezodisc, violating the tightness between the annular cavities, there is an uncertainty in performance, since not all incoming liquid reaches the outlet.

Кроме того, использование биморфа в качестве изгибаемого дискового пьезоэлемента требует расположения электродов на обеих его поверхностях, одна из которых обращена к плоскости корпуса, образуя зазор, в котором находится перекачиваемая жидкость, что создает опасность электрического пробоя и/или изменения свойств перекачиваемой жидкости.In addition, the use of a bimorph as a flexible disk piezoelectric element requires the location of electrodes on both its surfaces, one of which faces the plane of the body, forming a gap in which the pumped liquid is located, which creates the risk of electrical breakdown and / or changes in the properties of the pumped liquid.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение производительности пьезоэлектрического микронасоса.The technical problem, which is aimed by the claimed utility model, is to increase the performance of a piezoelectric micropump.

Поставленная техническая задача решается тем, что в пьезоэлектрическом микронасосе, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, закрепленную на нем мембрану с пьезоэлектрическими элементами, согласно заявляемой полезной модели мембрана выполнена в форме тонкого диска толщиной от 0,03 мм до 0,5 мм, а пьезоэлектрические элементы выполнены в виде колец, концентрически расположенных на поверхности мембраны с образованием между ними радиальных зазоров с пониженной жесткостью изгиба мембраны и обеспечивающих при подаче переменного напряжения с разной фазой ее волнообразную деформацию, перемещающую рабочую жидкость или газ от входного отверстия к выходному.The stated technical problem is solved in that in a piezoelectric micropump containing a housing with inlet and outlet openings, a membrane with piezoelectric elements fixed to it, according to the claimed utility model, the membrane is made in the form of a thin disk with a thickness of 0.03 mm to 0.5 mm, and the piezoelectric elements are made in the form of rings concentrically located on the surface of the membrane with the formation of radial gaps between them with reduced rigidity of the bending of the membrane and providing alternating conjugation with a different phase of its wave-like deformation that moves the hydraulic fluid or gas from the inlet to the outlet.

Кроме того, пьезоэлектрический микронасос содержит по меньшей мере два пьезоэлектрических элемента.In addition, the piezoelectric micropump contains at least two piezoelectric elements.

Кроме того, пьезоэлектрические элементы выполнены с одинаковыми площадями торцевых поверхностей.In addition, the piezoelectric elements are made with the same area of the end surfaces.

Кроме того, ширина каждого кольцевого пьезоэлектрического элемента выбирается из условия сохранения равенства площадей торцевых поверхностей всех пьезоэлектрических элементов.In addition, the width of each annular piezoelectric element is selected from the condition of maintaining the equality of the area of the end surfaces of all piezoelectric elements.

Кроме того, пьезоэлектрический микронасос дополнительно снабжен пьезоэлектрическим элементом в форме диска, закрепленным в центре на поверхности мембраны.In addition, the piezoelectric micropump is further provided with a disk-shaped piezoelectric element mounted centrally on the surface of the membrane.

Кроме того, на плоской поверхности корпуса под мембраной выполнена кольцевая проточка, соединенная с входным отверстием.In addition, an annular groove connected to the inlet is made on a flat surface of the housing under the membrane.

Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией заявляемой совокупности существенных признаков, состоит в увеличении амплитуды локального прогиба кольцевых полостей в бегущей волне деформаций мембраны пьезоэлектрического микронасоса за счет использования участков пониженной жесткости в зазорах между пьезоэлектрическими элементами, что позволяет повысить производительность пьезоэлектрического микронасоса по перекачке жидкости.The technical result, which is achieved by the implementation of the claimed combination of essential features, consists in increasing the amplitude of the local deflection of the annular cavities in the traveling wave of deformations of the membrane of the piezoelectric micropump due to the use of sections of reduced stiffness in the gaps between the piezoelectric elements, which allows to increase the productivity of the piezoelectric micropump for pumping liquid.

Сущность полезной модели поясняется рисунками, гдеThe essence of the utility model is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 представлена схема конструкции пьезоэлектрического микронасоса в разрезе;in FIG. 1 is a sectional diagram of a construction of a piezoelectric micropump;

на фиг. 2 приведен пример реализации пьезоэлектрического микронасоса с четырьмя кольцевыми пьезоэлементами, при этом количество кольцевых пьезоэлементов не ограничивается приведенным примером выполнения;in FIG. 2 shows an example implementation of a piezoelectric micropump with four annular piezoelectric elements, while the number of annular piezoelectric elements is not limited to the given exemplary embodiment;

на фиг. 3 представлена схема мембраны с четырьмя кольцевыми пьезоэлементами и форма бегущей волны деформаций мембраны микронасоса в соответствии с расчетной моделью;in FIG. 3 is a diagram of a membrane with four annular piezoelectric elements and a traveling waveform of deformations of the micropump membrane in accordance with the calculation model;

на фиг. 4 приведен пример реализации пьезоэлектрического микронасоса с тремя кольцевыми пьезоэлементами и одним пьезоэлементом в форме диска;in FIG. 4 shows an example implementation of a piezoelectric micropump with three ring piezoelectric elements and one piezoelectric element in the form of a disk;

на фиг. 5 представлена схема мембраны с тремя кольцевыми пьезоэлементами и одним дисковым пьезоэлементом и форма бегущей волны деформаций мембраны в соответствии с расчетной моделью.in FIG. 5 is a diagram of a membrane with three ring piezoelectric elements and one disk piezoelectric element and a traveling waveform of membrane deformations in accordance with the calculation model.

Рисунок на фиг. 1 содержит следующие позиции: 1 - корпус, 2 - выходное отверстие, 3 - входное отверстие, 4 - мембрана, 5 - кольцевой пьезоэлектрический элемент, 6 - рабочая камера.The drawing in FIG. 1 contains the following positions: 1 - housing, 2 - outlet, 3 - inlet, 4 - membrane, 5 - piezoelectric ring element, 6 - working chamber.

Пьезоэлектрический микронасос (фиг. 1) содержит корпус 1 с входным отверстием 3 и выходным отверстием 2, закрепленную на корпусе 1 своей периферийной частью мембрану 4, к которой прикреплены деформирующие ее, по меньшей мере, два пьезоэлектрических элемента 5. Между корпусом и мембраной образуется рабочая камера 6. Выходное отверстие 2 выполнено в центральной части корпуса 1, а входное отверстие 3 выполнено на периферии корпуса.The piezoelectric micropump (Fig. 1) contains a housing 1 with an inlet 3 and an outlet 2, a membrane 4 fixed to the housing 1 with its peripheral part, to which at least two piezoelectric elements 5 are deformed, and a working membrane is formed between the housing and the membrane. chamber 6. The outlet 2 is made in the Central part of the housing 1, and the inlet 3 is made on the periphery of the housing.

Мембрана 4 выполнена в форме тонкого круглого диска толщиной от 0,03 мм до 0,5 мм.The membrane 4 is made in the form of a thin round disk with a thickness of 0.03 mm to 0.5 mm.

Круглая форма мембраны обладает преимуществом над прямоугольными полосами и лентами, состоящим в том, что на ее прогиб оказывают влияние два вида деформаций: радиальная и окружная при пьезоэлектрическом расширении или сокращении скрепленного с ней кольцевого пьезоэлектрического элемента. Образующиеся кольцевые полости оказываются замкнутыми, что позволяет их использовать как локальные камеры микронасоса.The round shape of the membrane has the advantage over rectangular strips and tapes, consisting in the fact that two types of deformations influence its deflection: radial and circumferential with piezoelectric expansion or contraction of the annular piezoelectric element attached to it. The resulting annular cavities are closed, which allows them to be used as local chambers of the micropump.

Материалом для мембраны могут служить металлы: сталь нержавеющая, никель, латунь и другие, а также диэлектрики: полиметилметакрилат, полистирол, углепласт, стекло и другие, возможно металлизированные, по крайней мере, с одной стороны.The material for the membrane can be metals: stainless steel, nickel, brass and others, as well as dielectrics: polymethyl methacrylate, polystyrene, carbon fiber, glass and others, possibly metallized, on at least one side.

Оптимальная толщина мембраны зависит от свойств ее материала и свойств пьезоэлектрического элемента: если жесткость (модуль упругости) мембраны выше жесткости пьезоматериала, то ее толщина должна составлять 20-50% от толщины кольцевого пьезоэлемента. Для пластмассовых мембран оптимальная толщина больше толщины пьезоэлектрического элемента, если модуль упругости мембраны меньше, чем для пьезоматериала. Например, если кольцевые пьезоэлектрические элементы изготовлены из пьезокерамики системы цирконата-титаната свинца (ЦТС или PZT) толщиной 0,2 мм, то для латунной мембраны оптимальной будет толщина 0,06 мм, а для стальной - 0,04 мм.The optimal membrane thickness depends on the properties of its material and the properties of the piezoelectric element: if the stiffness (elastic modulus) of the membrane is higher than the stiffness of the piezoelectric material, then its thickness should be 20-50% of the thickness of the annular piezoelectric element. For plastic membranes, the optimum thickness is greater than the thickness of the piezoelectric element if the elastic modulus of the membrane is less than for the piezoelectric material. For example, if ring piezoelectric elements are made of piezoelectric ceramics of a lead zirconate titanate system (PZT or PZT) 0.2 mm thick, then a thickness of 0.06 mm for a brass membrane and 0.04 mm is optimal.

Толстые мембраны (металлические, более 0,5 мм) обладают повышенной жесткостью на изгиб, и их применение дает слишком малые прогибы, что недостаточно для перекачки жидкости. Тонкие (менее 0,03 мм) металлические мембраны не создают достаточного изгибающего момента от действия пьезоэлемента при его деформации, поэтому результирующий прогиб получается недостаточным для перекачки жидкости.Thick membranes (metal, more than 0.5 mm) have increased bending stiffness, and their use gives too small deflections, which is not enough for pumping liquid. Thin (less than 0.03 mm) metal membranes do not create sufficient bending moment from the action of the piezoelectric element during its deformation, therefore, the resulting deflection is insufficient for pumping liquid.

К мембране прикреплены деформирующие ее, по меньшей мере, два пьезоэлектрических элемента 5.At least two piezoelectric elements 5 are deformed to the membrane.

Каждый пьезоэлектрический элемент 5 выполнен в форме кольца, при этом все пьезоэлектрические элементы расположены концентрически на поверхности мембраны 4. Между пьезоэлектрическими элементами 5 находятся радиальные зазоры с пониженной жесткостью изгиба мембраны, за счет которых увеличиваются амплитуды локального прогиба кольцевых полостей в бегущей волне деформаций мембраны пьезоэлектрического микронасоса, что позволяет повысить производительность пьезоэлектрического микронасоса по перекачке жидкости. Кольцевые пьезоэлектрические элементы 5 закреплены на мембране 4 с радиальными зазорами, примерно равными ширине кольца. Пьезоэлектрические элементы 5 выполнены с одинаковыми площадями торцевых поверхностей. При этом ширина каждого кольцевого пьезоэлектрического элемента 5 выбирается из условия сохранения равенства площадей торцевых поверхностей всех пьезоэлектрических элементов, что позволяет выравнить объемы кольцевых полостей с различными радиусами и повысить точность дозирования перекачиваемой насосом жидкости. Под торцевой поверхностью в данном описании понимается широкая верхняя или нижняя сторона кольцевого пьезоэлектрического элемента.Each piezoelectric element 5 is made in the form of a ring, while all the piezoelectric elements are located concentrically on the surface of the membrane 4. Between the piezoelectric elements 5 there are radial gaps with a reduced bending rigidity of the membrane, due to which the amplitudes of the local deflection of the annular cavities in the traveling wave of deformations of the membrane of the piezoelectric micropump increase. that allows you to increase the performance of the piezoelectric micropump for pumping liquid. The annular piezoelectric elements 5 are mounted on the membrane 4 with radial clearances approximately equal to the width of the ring. Piezoelectric elements 5 are made with the same area of the end surfaces. In this case, the width of each annular piezoelectric element 5 is selected from the condition of maintaining the equality of the area of the end surfaces of all piezoelectric elements, which makes it possible to equalize the volumes of the annular cavities with different radii and increase the accuracy of dosing of the liquid pumped by the pump. Under the end surface in this description refers to the wide upper or lower side of the annular piezoelectric element.

Указанная мембрана 4 и пьезоэлектрические элементы 5 выполнены с возможностью их волнообразного деформирования.The specified membrane 4 and the piezoelectric elements 5 are made with the possibility of their wave-like deformation.

На фиг. 3 представлена форма бегущей волны деформаций мембраны микронасоса в соответствии с расчетной моделью.In FIG. Figure 3 shows the traveling waveform of deformations of the micropump membrane in accordance with the calculation model.

Дополнительно на мембране (фиг. 4) в центре может быть размещен пьезоэлектрический элемент 7 в форме диска. Кроме того, на плоской поверхности корпуса 1 под мембраной 4 может быть выполнена дополнительно кольцевая проточка 8, соединенная с входным отверстием 3, выполняющая функцию насосной камеры. Наличие кольцевой проточки 8 в периферийной части корпуса, соединенной с входным отверстием 3, позволяет расширить объем поступающей в насос жидкости и облегчает поступление жидкости под мембрану. В период всасывания периферийная раскрывающаяся полость заполняется жидкостью из входного отверстия 3. Чтобы заполнить весь объем полости ей приходится бежать от отверстия 3 по длинной окружности. В прототипе облегчение заполнению обеспечивается четырьмя входными отверстиями.Additionally, a disk-shaped piezoelectric element 7 can be placed in the center on the membrane (Fig. 4). In addition, on a flat surface of the housing 1 under the membrane 4 can be additionally made an annular groove 8 connected to the inlet 3, which serves as a pump chamber. The presence of an annular groove 8 in the peripheral part of the housing connected to the inlet 3 allows you to expand the volume of fluid entering the pump and facilitates the flow of fluid under the membrane. During the suction period, the peripheral opening cavity is filled with liquid from the inlet 3. In order to fill the entire volume of the cavity, she has to run from the hole 3 along a long circle. In the prototype, ease of filling is provided by four inlets.

На фиг. 5 представлена форма бегущей волны деформаций мембраны с тремя кольцевыми пьезоэлементами и одним дисковым пьезоэлементом в соответствии с расчетной моделью при возбуждении напряжением со сдвигом фаз 90°.In FIG. Figure 5 shows the traveling waveform of membrane deformations with three circular piezoelectric elements and one disk piezoelectric element in accordance with the calculation model when excited by voltage with a phase shift of 90 °.

При работе устройства для создания волнообразного движения на кольцевые пьезоэлектрические элементы 5 подают переменное напряжение со сдвигом фаз между соседними пьезоэлементами. Так, например, в случае трех пьезоэлектрических элементов сдвиг фаз составляет 120°, для четырех пьезоэлектрических элементов сдвиг фаз - 90°, для шести - 60°.When the device for creating a wave-like motion, an alternating voltage with a phase shift between adjacent piezoelectric elements is applied to the ring piezoelectric elements 5. So, for example, in the case of three piezoelectric elements, the phase shift is 120 °, for four piezoelectric elements the phase shift is 90 °, for six - 60 °.

При этом обеспечивается волнообразная деформация мембраны 4 таким образом, что образовываются кольцевые участки выпуклостей и вогнутостей, меняющие свое положение. Бегущая волна деформаций мембраны распространяется от периферии с входным отверстием к центральной области с выходным отверстием. Образующаяся бегущая волна деформаций мембраны 4 перемещает текучее тело в зазоре с корпусом от входного отверстия 3 к выходному отверстию 2.In this case, a wave-like deformation of the membrane 4 is ensured in such a way that ring sections of convexities and concavities are formed, changing their position. A traveling wave of membrane deformations propagates from the periphery with the inlet to the central region with the outlet. The resulting traveling wave of deformations of the membrane 4 moves the fluid body in the gap with the housing from the inlet 3 to the outlet 2.

Для выравнивания объемов в деформированных кольцевых участках пьезоэлектрические элементы выполнены с одинаковыми площадями торцевых поверхностей.To align the volumes in the deformed annular sections, the piezoelectric elements are made with the same areas of the end surfaces.

Предложенный пьезоэлектрический микронасос позволяет повысить производительность перекачки жидкости за счет увеличения рабочего хода мембраны путем использования деформаций кольцевых участков пониженной жесткости в зазорах между пьезоэлектрическими элементами, а также применения пьезоэлектрических элементов кольцевой формы с одинаковыми площадями торцевой поверхности.The proposed piezoelectric micropump makes it possible to increase the productivity of pumping liquid by increasing the working stroke of the membrane by using deformations of annular sections of reduced stiffness in the gaps between the piezoelectric elements, as well as using piezoelectric elements of a ring shape with the same area of the end surface.

Claims

1. A piezoelectric micropump containing a housing with inlet and outlet openings, a membrane fixed with piezoelectric elements, characterized in that the membrane is made in the form of a thin disk with a thickness of 0.03 mm to 0.5 mm, and the piezoelectric elements are made in the form of rings concentrically located on the surface of the membrane with the formation of radial gaps between them with reduced rigidity of the bending of the membrane and providing, when an alternating voltage with a different phase is applied, its wave-like deformation moving working fluid or gas from the inlet to the outlet.

2. The piezoelectric micropump according to claim 1, characterized in that it contains at least two piezoelectric elements.

3. The piezoelectric micropump according to claim 1, characterized in that the piezoelectric elements are made with the same area of the end surfaces.

4. The piezoelectric micropump according to claim 1, characterized in that the width of each annular piezoelectric element is selected from the condition of maintaining the equality of the area of the end surfaces of all piezoelectric elements.

5. The piezoelectric micropump according to claim 1, characterized in that it is further provided with a piezoelectric element in the form of a disk mounted in the center on the surface of the membrane.

6. The piezoelectric micropump according to claim 1, characterized in that on a flat surface of the housing under the membrane an annular groove is made connected to the inlet.