專利名稱：帶無(wú)移動(dòng)部件的單向閥的微泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單向閥微型泵，尤其涉及采用氣泡收縮膨脹或膜片振動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽吸和排擠液體的單向閥微型泵，屬于微流體控制、傳輸、微執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種帶無(wú)移動(dòng)部件單向閥的微泵，包括泵腔室，與該腔室相連的驅(qū)動(dòng)裝置，泵進(jìn)口及泵出口，其特征在于在泵腔室與泵進(jìn)口和泵出口之間分別設(shè)有單向閥，所述的單向閥采用正反流壓力損失不同的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，在泵進(jìn)口的一側(cè)所布置的雙環(huán)結(jié)構(gòu)的出口與泵腔室相連，在泵出口一側(cè)所布置的雙環(huán)結(jié)構(gòu)的進(jìn)口與泵腔室相連。
本發(fā)明所述的驅(qū)動(dòng)裝置采用氣泡收縮膨脹驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動(dòng)腔和設(shè)置在驅(qū)動(dòng)腔室內(nèi)的電阻絲。或者采用膜片振動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動(dòng)腔，覆蓋在驅(qū)動(dòng)腔上的膜片和驅(qū)動(dòng)膜片振動(dòng)的裝置。
本發(fā)明的技術(shù)特征還在于所述的驅(qū)動(dòng)腔設(shè)置在泵腔室的一側(cè)或與泵腔室呈上下空間組合。
本發(fā)明所提供的帶無(wú)移動(dòng)部件單向閥的微泵，依據(jù)流體流動(dòng)性質(zhì)在管道內(nèi)產(chǎn)生的正反流壓力差不同這一特性，采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)起到單向輸運(yùn)流體的作用，避免了一般單向閥具有可動(dòng)部件、容易引起可動(dòng)部件疲勞損壞的缺點(diǎn)，延長(zhǎng)了微泵的使用壽命，提高了微泵工作的穩(wěn)定性；同時(shí)該微泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，使用上便于控制的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為采用氣泡膨脹收縮驅(qū)動(dòng)方式的微泵的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2為膜片振動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式微泵的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖3為驅(qū)動(dòng)腔、泵腔室和膜片組合式微泵的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖4為圖3的A-A剖面圖。
本發(fā)明提供的微泵，采用特殊形狀管道設(shè)計(jì)，即采用有正反流壓力損失不同的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，依據(jù)流體流動(dòng)性質(zhì)在管道內(nèi)產(chǎn)生的正反流壓力差不同這一特性，起到單向輸運(yùn)流體的作用。流體的驅(qū)動(dòng)力可以采用氣泡驅(qū)動(dòng)和膜片驅(qū)動(dòng)。下面分別進(jìn)行描述。
圖1為本發(fā)明提供的采用氣泡驅(qū)動(dòng)的帶無(wú)移動(dòng)部件的單向閥的微泵的結(jié)構(gòu)原理示意圖。該微泵包括泵腔室3，泵進(jìn)口1、泵出口5以及與泵腔室3相連的驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)腔室6、設(shè)置在驅(qū)動(dòng)腔6中的電阻絲7，引出電阻絲的外接電極8組成。在泵腔室3與泵進(jìn)口1之間設(shè)有正反流壓力損失不同的雙環(huán)結(jié)構(gòu)2，雙環(huán)結(jié)構(gòu)的出口與泵腔室3相連，在泵腔室3與泵出口5之間亦設(shè)有正反流壓力損失不同的雙環(huán)結(jié)構(gòu)4，該雙環(huán)結(jié)構(gòu)的進(jìn)口與泵腔室3相連。本發(fā)明中所述的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，是采用于1920年在美國(guó)專利(專利號(hào)1,329,559)中公開(kāi)的一種具有正反流向的流動(dòng)特性不同的特殊管路結(jié)構(gòu)。泵腔室3的形狀可以是方形、圓形、橢圓形或其他形狀。工作過(guò)程如下外接電極8接周期性脈沖電源；通電后，電壓脈沖在前半周期為高電壓，電阻絲7發(fā)熱，使驅(qū)動(dòng)腔6內(nèi)液體汽化，產(chǎn)生氣泡，氣泡體積膨脹，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)腔6中液體流向腔室3，腔室3中的液體則被壓縮流向腔室3兩側(cè)的環(huán)形管道2、4。液體從腔室3經(jīng)環(huán)形管道2，流向入口1的過(guò)程中的壓力損失為ΔP1；液體從腔室3經(jīng)環(huán)形管道4，流向出口5的壓力損失為ΔP2。當(dāng)流體在一定慣性力下，ΔP1明顯大于ΔP2，因此當(dāng)入口1和出口5處具有相同壓力時(shí)(一般為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，從泵出口5流出的流量將大于泵入口1流出的流量。電壓脈沖進(jìn)入后半周期，為低電壓，在驅(qū)動(dòng)腔室6中產(chǎn)生的氣泡收縮迅速湮滅，使腔室3壓力降低，負(fù)壓作用使腔室3兩側(cè)的流體被抽吸流向腔室3。由于左右側(cè)環(huán)路的阻力特性不同，從泵入口1端抽吸的液體流量多于從泵出口5端抽吸的流量。這樣在一個(gè)周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了液體從泵入口1流向泵出口5，達(dá)到驅(qū)動(dòng)流體的作用。隨著電壓的周期性輸入，液體可以不斷從入口1，輸送到出口5。調(diào)節(jié)雙環(huán)結(jié)構(gòu)寬度、深度以及驅(qū)動(dòng)腔室6的大小等等可以實(shí)現(xiàn)不同流量范圍的控制。另外，泵加工成型后，調(diào)節(jié)電壓的輸入頻率、有效值可以控制氣泡收縮膨脹幅度和頻率，進(jìn)而控制微泵的流量。
圖2、圖3為本發(fā)明提供的采用膜片驅(qū)動(dòng)的無(wú)移動(dòng)部件的微泵的結(jié)構(gòu)原理示意圖。膜片9覆蓋在驅(qū)動(dòng)腔室6上，也可如圖4所示，驅(qū)動(dòng)腔6和泵腔室3呈上下空間組合成為一個(gè)腔室。10為封裝層，11為硅層或PDMS層。在11中腔室3的上部是可振動(dòng)的膜片結(jié)構(gòu)9，在上面有驅(qū)動(dòng)膜片振動(dòng)的裝置12。膜片驅(qū)動(dòng)可以采取多種方式。利用膜片振動(dòng)擠壓腔室中的液體。當(dāng)膜片9向下振動(dòng)時(shí)，擠壓腔室3中液體，流向腔室的左右兩側(cè)。當(dāng)膜片9向上振動(dòng)時(shí)，腔室3中壓力降低，負(fù)壓作用抽吸腔室兩側(cè)的液體。其輸運(yùn)原理同氣泡壓縮膨脹驅(qū)動(dòng)流體相似，由于左右側(cè)環(huán)路的阻力特性不同，在膜片的一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)液體從泵入口1流向泵出口5，達(dá)到驅(qū)動(dòng)流體的作用。隨著膜片周期性上下振動(dòng)，液體可以不斷從入口1，輸送到出口5。調(diào)節(jié)雙環(huán)結(jié)構(gòu)寬度、深度，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)腔室大小等等可以實(shí)現(xiàn)不同流量范圍的控制。另外，泵加工成型后，控制膜片振幅和振動(dòng)頻率可以控制微泵的流量。
權(quán)利要求
1.一種帶無(wú)移動(dòng)部件單向閥的微泵，包括泵腔室(3)，與該腔室相連的驅(qū)動(dòng)裝置，泵進(jìn)口(1)及泵出口(5)，其特征在于在泵腔室與泵進(jìn)口和泵出口之間分別設(shè)有單向閥，所述的單向閥采用正反流壓力損失不同的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，在泵進(jìn)口(1)的一側(cè)所布置的雙環(huán)結(jié)構(gòu)(2)的出口與泵腔室相連，在泵出口一側(cè)所布置的雙環(huán)結(jié)構(gòu)(4)的進(jìn)口與泵腔室相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的單向閥的微泵，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)裝置采用氣泡收縮膨脹驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動(dòng)腔(6)和設(shè)置在驅(qū)動(dòng)腔室內(nèi)的電阻絲(7)。
3.按照權(quán)利要求1所述的單向閥的微泵，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)裝置采用膜片振動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動(dòng)腔(6)，覆蓋在驅(qū)動(dòng)腔上的膜片(9)和驅(qū)動(dòng)膜片振動(dòng)的裝置(12)。
4.按照權(quán)利要求3所述的單向閥的微泵，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)腔設(shè)置在泵腔室的一側(cè)或與泵腔室呈上下空間組合。
全文摘要
帶無(wú)移動(dòng)部件單向閥的微泵，涉及采用氣泡收縮膨脹或膜片振動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽吸和排擠液體的單向閥微型泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明采用特殊形狀的管道設(shè)計(jì)，即在泵腔室與泵進(jìn)口和泵出口之間分別設(shè)有正反流壓力損失不同的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，依據(jù)流體流動(dòng)性質(zhì)在管道內(nèi)產(chǎn)生的正反流壓力差不同這一特性，起到單向輸運(yùn)流體的作用。該帶有單向閥的微泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工和便于控制的特點(diǎn)；同時(shí)由于沒(méi)有移動(dòng)部件，因而微泵的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，適合于脈沖式輸運(yùn)微量流體。
文檔編號(hào)F04B43/04GK1462834SQ0313775
公開(kāi)日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2003年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者何楓, 王飛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)