一種基于附壁效應(yīng)的雙腔無閥壓電泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于附壁效應(yīng)的雙腔無閥壓電泵，包括兩個壓電振子、泵蓋和泵體，泵蓋和泵體通過鍵合或黏結(jié)劑結(jié)合，兩個壓電振子固定在泵蓋上，泵蓋上設(shè)有兩個泵腔上半部分，泵體上設(shè)有兩個泵腔下半部分、兩個錐管、連接管、進(jìn)口管和出口管及進(jìn)口腔和出口腔；第一錐管截面較小的一端與泵腔下半部分連通、截面較大的一端連通出口管和連接管；第二錐管截面較小的一端與泵腔下半部分連通，截面較大的一端連通進(jìn)口管和連接管；第一、第二錐管通過連接管連通；分別加載相位相差180度的交變電壓使兩個壓電振子發(fā)生振幅相同、相位相差180度的異步振動：結(jié)構(gòu)簡單，易于微型化，流量高，可以持續(xù)出流。
【專利說明】—種基于附壁效應(yīng)的雙腔無閥壓電泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流體傳輸與控制以及微機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種雙腔無閥壓電栗。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電泵是機(jī)械式微泵的一種，屬于容積泵，廣泛應(yīng)用在藥物微量輸運(yùn)、細(xì)胞分離、電子產(chǎn)品(如CPU)降溫、燃料微量噴射、化學(xué)微分析、管道流動中轉(zhuǎn)捩控制等領(lǐng)域。依據(jù)有無閥片結(jié)構(gòu)，可將壓電泵分為有閥壓電泵和無閥壓電泵兩類。無閥壓電泵沒有單向閥結(jié)構(gòu)，力口工簡單，易于微型化，且流體介質(zhì)不會因?yàn)殚y結(jié)構(gòu)而被隔斷，避免一些敏感介質(zhì)受到影響。大多數(shù)無閥壓電泵的結(jié)構(gòu)是將兩個特殊結(jié)構(gòu)流管與泵腔連接，利用特殊結(jié)構(gòu)流管不同方向流動的流阻差異產(chǎn)生泵送效果，常見的特殊結(jié)構(gòu)流管有錐形管、tesla管、三通管等。由于特殊結(jié)構(gòu)流管的流阻差異不大，導(dǎo)致該類型無閥壓電泵的容積效率較低且不能持續(xù)出流。為解決這些問題，利用附壁效應(yīng)的射流控制元件被用于無閥壓電泵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對已有無閥壓電泵容積效率低、不能持續(xù)出流的問題，提出一種基于附壁效應(yīng)的高流量、可持續(xù)出流的雙腔無閥壓電泵。
[0004]本發(fā)明采用技術(shù)方案是:包括兩個壓電振子、泵蓋和泵體，泵蓋和泵體通過鍵合或黏結(jié)劑結(jié)合，兩個壓電振子固定在泵蓋上，泵蓋上設(shè)有兩個泵腔上半部分，泵體上設(shè)有兩個泵腔下半部分、兩個錐管、連接管、進(jìn)口管和出口管及進(jìn)口腔和出口腔；第一錐管截面較小的一端與泵腔下半部分連通、截面較大的一端連通出口管和連接管；第二錐管截面較小的一端與泵腔下半部分連通，截面較大的一端連通進(jìn)口管和連接管；第一、第二錐管通過連接管連通；分別加載相位相差180度的交變電壓使兩個壓電振子發(fā)生振幅相同、相位相差180度的異步振動。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡單，易于微型化，流量高，可以持續(xù)出流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為圖1中A-A剖面圖；
圖4為圖3中I局部放大圖；
圖5為圖2中B-B剖面圖；
圖6為圖2中C-C剖面圖；
圖7為壓電振子I向下振動，壓電振子2向上振動時工作原理圖；
圖8為壓電振子2向下振動,壓電振子I向上振動時工作原理圖；
圖9為實(shí)施例1中一個周期內(nèi)出口腔12的瞬時流量線圖。[0007]圖中:1、2.壓電振子；3.泵蓋；4.泵體；5、6.泵腔下半部分；7、10.錐管；8.進(jìn)口腔；9.進(jìn)口管；11.連接管；12.出口腔；13.出口管；14、15泵腔上半部分。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖1、2、3、4、5、6所示，本發(fā)明包括兩個壓電振子1、2、泵蓋3和泵體4。泵蓋3和泵體4通過鍵合或黏結(jié)劑結(jié)合，兩個壓電振子1、2通過黏結(jié)劑固定在泵蓋3上。泵蓋3上加工有兩個泵腔上半部分14、15。泵體4上加工有兩個泵腔下半部分5、6、兩個錐管7、10、連接管11、進(jìn)口管9和出口管13、以及進(jìn)口腔8和出口腔12。錐管7截面較小的一端與泵腔下半部分5連通，截面較大的一端與出口管13和連接管11連通；錐管10截面較小的一端與泵腔下半部分6連通，截面較大的一端與進(jìn)口管9和連接管11連通；兩個錐管7、10通過連接管11連通。連接管11位于進(jìn)口腔8和出口腔12之間。進(jìn)口管9、錐管10、連接管
11、錐管7、出口管13以Z字型布置，進(jìn)口管9和出口管13相平行。
[0009]兩個錐管7、10的結(jié)構(gòu)尺寸相同，錐管7與出口管13相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分5的壁面為圓角過渡連接且兩壁面相互垂直，錐管7與連接管11相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分5的壁面為尖角連接；錐管10與連接管11相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分6的壁面為圓角過渡連接且兩壁面相互垂直，錐管10與進(jìn)口管9相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分6的壁面為尖角連接。進(jìn)口管9和出口管13結(jié)構(gòu)尺寸相同，進(jìn)口腔8和出口腔12結(jié)構(gòu)尺寸相同。
[0010]影響壓電泵性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的取值范圍為:錐管7、10最小截面處寬度a為50 μ m到500 μ m;錐管7、10長度Z1為最小截面處寬度a的5到10倍；錐管7、10錐角β為20°到40° ;錐管7、10圓角過渡半徑r為最小截面處寬度a的I倍到2倍；進(jìn)口管9和出口管13的寬度久為錐管7、10最小截面處寬度a的1.5倍到5倍；進(jìn)口管9和出口管13的長度A為寬度&的4倍到10倍；連接管11長度Z3為進(jìn)口管9和出口管13的長度Z2的2倍到6倍；泵腔下半部分5、6、錐管7、10、進(jìn)口管9、連接管11、進(jìn)口管9和出口管13的深度力為錐管7、10最小截面處寬度a的I到2倍。
[0011]本發(fā)明工作時，分別加載相位相差180度的交變電壓使兩個壓電振子1、2發(fā)生振幅相同、相位相差180度的異步振動。
[0012]當(dāng)壓電振子I向下位移，壓電振子2向上位移時，如圖7所示，泵腔上半部分14體
積變小，流體從泵腔下半部分5經(jīng)由錐管7排出，流量為Qe ,由于錐管7與出口管13相連的
一側(cè)壁面與泵腔下半部分5的壁面為圓角過渡連接，流動損失?。欢F管7與連接管11相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分5的壁面為尖角連接，流動損失大，根據(jù)附壁效應(yīng)原理，在很短時間內(nèi)，射流將會偏轉(zhuǎn)并沿著有圓角過渡的管壁流向出口管13，即泵腔排出的大部分流
體由出口腔12流出，而少量流體流入連接管11，流量為，所以由出口腔12流出的流量為Qc-Qa ;與此同時，泵腔上半部分15體積變大，流體經(jīng)由錐管10被吸入泵腔下半部分6，流量也為I，大部分流體由進(jìn)口腔8經(jīng)由進(jìn)口管9吸入，流量也為Qa。[0013]當(dāng)壓電振子2向下位移，壓電振子I向上位移時，如圖8所示，泵腔上半部分15體積變小，流體從泵腔下半部分6經(jīng)由錐管10排出，流量為&，由于錐管10和錐管7結(jié)構(gòu)相同，根據(jù)附壁效應(yīng)原理，在很短時間內(nèi)，射流將會偏轉(zhuǎn)并沿著有圓角過渡的管壁流向連接管11，而該射流產(chǎn)生的低壓區(qū)將從進(jìn)口管9吸入少量流體，流量為％，所以流向連接管11
的流量為1?+? ;與此同時，泵腔上半部分14體積變大，流體經(jīng)由錐管7被吸入泵腔下半部
分5，流量為1?，由于連接管11流入錐管7的流量為仏+各，所以少量流體由出口管13流
出，流星為1?。
[0014]由上述工作原理可知一個周期里該無閥壓電泵的進(jìn)口腔8為持續(xù)吸入流體狀態(tài)，出口腔為持續(xù)排出流體狀態(tài)，流量都為Ge_i?e + Qb ,容積效率η為泵送流量與一個周期內(nèi)泵腔體積變形量之比，即
【權(quán)利要求】
1.一種基于附壁效應(yīng)的雙腔無閥壓電泵，包括兩個壓電振子(1、2)、泵蓋(3)和泵體(4)，泵蓋(3)和泵體(4)通過鍵合或黏結(jié)劑結(jié)合，兩個壓電振子(1、2)固定在泵蓋(3)上，泵蓋(3)上設(shè)有兩個泵腔上半部分(14、15)，其特征是:泵體(4)上設(shè)有兩個泵腔下半部分(5、6)、兩個錐管(7、10)、連接管(11)、進(jìn)口管(9)和出口管(13)及進(jìn)口腔(8)和出口腔(12)；第一錐管(7)截面較小的一端與泵腔下半部分(5)連通、截面較大的一端連通出口管(13)和連接管(11);第二錐管(10)截面較小的一端與泵腔下半部分(6)連通，截面較大的一端連通進(jìn)口管(9)和連接管(11);第一、第二錐管(7、10)通過連接管(11)連通；分別加載相位相差180度的交變電壓使兩個壓電振子(1、2)發(fā)生振幅相同、相位相差180度的異步振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于附壁效應(yīng)的雙腔無閥壓電泵，其特征是:連接管(11)位于進(jìn)口腔(8)和出口腔(12)之間，進(jìn)口管(9)、兩個錐管(7、10)、連接管(11)、出口管(13)以Z字型布置，進(jìn)口管(9)和出口管(13)相平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于附壁效應(yīng)的雙腔無閥壓電泵，其特征是:第一錐管(7)與出口管(13)相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分(5)的壁面為圓角過渡連接且兩壁面相互垂直，第一錐管(7)與連接管(11)相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分(5)的壁面為尖角連接；第二錐管(10)與連接管(11)相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分(6)的壁面為圓角過渡連接且兩壁面相互垂直，第二錐管(10)與進(jìn)口管(9)相連的一側(cè)壁面與泵腔下半部分(6)的壁面為尖角連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于附壁效應(yīng)的雙腔無閥壓電泵，其特征是:第一、第二錐管(7、10)的結(jié)構(gòu)尺寸相同，進(jìn)口管(9)和出口管(13)結(jié)構(gòu)尺寸相同，進(jìn)口腔(8)和出口腔(12)結(jié)構(gòu)尺寸相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于附壁效應(yīng)的雙腔無閥壓電泵，其特征是:第一、第二錐管(7、10)最小截面處寬度a均為50 μ m至500 μ m ;兩個錐管(7、10)的長度Z1為a的5至10倍、錐角β為20°至40° ;進(jìn)口管(9)和出口管(13)的寬度久為a的1.5倍至5倍；進(jìn)口管(9)和出口管(13)的長度Z2為寬度的4倍至10倍；連接管(11)長度Z3SZ2的2倍到6倍；泵腔下半部分(5、6)、兩個錐管(7、10)、進(jìn)口管(9)、連接管(11)、進(jìn)口管(9)和出口管(13)的深度均為a的I至2倍。
【文檔編號】F04B43/04GK103644099SQ201310555197
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】何秀華, 楊嵩, 袁壽其 申請人:江蘇大學(xué)