CN103573593A - 压电柔性隔膜泵 - Google Patents

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Changzhou Weitu Fluid Technology Co. Ltd.
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Abstract

本发明涉及一种压电柔性隔膜泵，由压电陶瓷、振动基板、储液腔、驱动孔、驱动液、柔性隔膜、泵腔、入口单向阀、出口单向阀、入口和出口组成，其中压电陶瓷和振动基板粘接构成压电振子，压电振子设在储液腔的上部或下部，储液腔的上部或下部开设有与储液腔相连的驱动孔，柔性隔膜设在驱动孔上并将驱动液与泵腔隔开，压电振子、储液腔和柔性隔膜共同构成一个密封的空间，内部充满驱动液，入口单向阀和出口单向阀分别安装在泵腔的入口与出口处。本发明利用液力间接驱动柔性隔膜的运动，能够充分利用压电振子的整体变形，可实现很高的泵腔压缩比，具有自吸性好、排气泡能力强，输出压力高的优点。

Description

压电柔性隔膜泵
技术领域
本发明涉及一种压电泵，特别涉及一种压电柔性隔膜泵。 
背景技术
微型隔膜泵是微流体控制***中的动力部件。微型隔膜泵的种类很多，按驱动方式的不同可以分为压电隔膜泵、热力隔膜泵、静电隔膜阀、电磁隔膜阀、形状记忆合金隔膜阀等。压电隔膜泵在众多设计方案中都公开过，例如CN1378041A,CN1743670A,CN 1743671A,CN 101328879A。利用形状各异的压电振子作为隔膜直接驱动流体工作，可以使压电泵的结构更加紧凑，易于实现微型化，但由于压电陶瓷片变形微小，在工作过程中又仅利用了压电陶瓷片的局部变形，导致泵腔死体积较大，压缩比难以提高，构造的压电隔膜泵自吸性差、容易被气泡塞住，同时不容易实现高的输出压力。为了使压电陶瓷片获得更大的变形而提高泵腔压缩比，往往需要加大驱动电压，从而造成压电泵的工作寿命降低。 
发明内容
本发明提供一种压电柔性隔膜泵，目的是在保证压电柔性隔膜泵体积微型化的前提下，通过提高泵腔压缩比使压电隔膜泵的自吸性、排气泡能力及输出压力得到全面提升。 
本发明所述的压电柔性隔膜泵是由压电陶瓷、振动基板、储液腔、驱动孔、驱动液、柔性隔膜、泵腔、入口单向阀、出口单向阀、入口和出口组成，其中其中压电陶瓷和振动基板粘接构成压电振子，压电振子设在储液腔的上部或下部，储液腔的上部或下部开设有与储液腔相连的驱动孔，柔性隔膜设在驱动孔上并将驱动液与泵腔隔开，振动基板、储液腔和柔性隔膜共同构成一个密封的空间，内部充满驱动液，入口单向阀和出口单向阀分别安装在泵腔的入口与出口处。 
压电振子设有一个或数个，由压电陶瓷片与振动基板粘接而成。 
储液腔设有一个或数个，设有数个储液腔时，数个储液腔叠加设置，各个储液腔的内腔相贯通。 
柔性隔膜为平面、弧面或波纹状结构，材质为柔度较大的弹性材料。 
本发明的工作原理：
请参阅图1、图2和图3所示：
图1为柔性隔膜静止时的示意图；
图2为柔性隔膜向储液腔内收缩，流体进入泵腔的示意图；
图3为柔性隔膜向泵腔内扩张，流体排出泵腔的示意图； 
储液腔内充满驱动液，封装时确保储液腔内有一定的初始压力，使柔性隔膜在不工作时即处于张紧状态。当外加电压与压电陶瓷片的极化方向一致时压电振子产生变形，储液腔内的驱动液被拉伸，迫使柔性隔膜向储液腔内收缩，此时压电陶瓷片通过驱动液将全部变形的作用都反映在柔性隔膜上，若压电振子与液体接触的横截面积与柔性隔膜的接液横截面积之比为n，由于驱动液的不可压缩性，则柔性隔膜此时的收缩幅度近似为压电振子所产生的平均位移的n倍，大幅度收缩的柔性隔膜使泵腔压力降低，泵腔相对外界形成负压，此时出口单向阀在泵腔负压的作用下关闭，入口单向阀开启，流体从入口流入泵腔。当外加电压与压电陶瓷片的极化方向相反时驱动液被压缩，此时柔性隔膜向泵腔内大幅度扩张，使泵腔相对外界形成正压，此时入口单向阀在泵腔正压的作用下关闭，出口单向阀开启，流体从出口流出泵腔。当压电陶瓷片在交变电压作用下往复振动时，柔性隔膜即可交替动作，从而在泵腔内形成连续出流。
本发明利用液力间接驱动柔性隔膜的运动，能够充分利用压电振子的整体变形，使柔性隔膜的位移大幅度增加，此时若泵腔的容积不变，则压缩比将提高，因此压电柔性隔膜泵的自吸性能力和排气泡能力会增强。而且，压缩比提高后，即使单向阀的密封性不理想，所产生的泄漏对压电柔性隔膜泵的输出压力影响也不大，因此压电柔性隔膜泵更容易获得大的输出压力。 
附图说明
图1为柔性隔膜静止时的示意图； 
图2为柔性隔膜向储液腔内收缩，流体进入泵腔的示意图； 
图3为柔性隔膜向泵腔内扩张，流体排出泵腔的示意图； 
图4为实施例二示意图。 
图5为波纹状柔性隔膜示意图。 
1、压电陶瓷 2、振动基板 3、储液腔 4、驱动液 5、驱动孔 6、柔性隔膜 7、泵腔 8、入口单向阀 9、入口 10、出口单向阀 11、出口 
具体实施方式
实施例一、请参阅图1、图2和图3所示： 
本发明所述的压电柔性隔膜泵是由压电陶瓷1、振动基板2、储液腔3、驱动液4、驱动孔5、平面柔性隔膜6、泵腔7、入口单向阀8、入口9、出口单向阀10和出口11组成，其中压电陶瓷1和振动基板2粘接构成压电振子，压电振子设在储液腔3的上部，储液腔3的下部开设有与储液腔3相连的驱动孔5，柔性隔膜6设在驱动孔4上并将驱动液4与泵腔7隔开，振动基本2、储液腔3和柔性隔膜6共同构成一个密封的空间，内部充满驱动液4，入口单阀8和出口单向10阀分别安装在泵腔7的入口9与出口11处。
实施例二、请参阅图4所示： 
本发明所述的压电柔性隔膜泵是由压电陶瓷1、振动基板2、储液腔3、驱动液4、驱动孔5、平面柔性隔膜6、泵腔7、入口单向阀8、入口9、出口单向阀10和出口11组成，其中压电陶瓷1和振动基板2粘接构成压电振子，储液腔3设有两个，上下叠加设置，两个储液腔3的内腔相贯通，压电振子设有两个，其中一个设在上面储液腔3的上部，另一个压电振子设在下面储液腔3的下部，上面储液腔3的底部开设有与该储液腔3内腔相连通的驱动孔5，柔性隔膜6设在驱动孔5上并将驱动液4与泵腔7隔开，振动基板2、储液腔2和柔性隔膜6共同构成一个密封的空间，内部充满驱动液4，入口单向阀8和出口单向10阀分别安装在泵腔7的入口9与出口11处。
在上述所有实施例中，柔性隔膜的结构及材质是本发明得以实施的关键，如果柔性隔膜具有很好的弹性，则隔膜形状保持时间长、隔膜内部损耗小、传动效率高；而柔性隔膜的柔度越大则本发明所述的压电柔性隔膜泵的启动电压越低。为了降低隔膜柔度可将柔性隔膜制成不同的形状。此外柔性隔膜的非平面结构也可以降低泵腔的静容积，进一步增加压缩比。实施例一中的柔性隔膜为平面型，实施例二中的柔性隔膜为弧面，此外柔性隔膜亦可制成图5所示的截面形状为波纹状的结构。在实施的过程中技术人员应当根据工况要求，合理选择柔性隔膜的材质，备选材质的范围包括但不限于金属或高分子聚合物薄膜。 
应当清楚的是，尽管已经特别参考这些优选实施例详细说明了本发明，但本发明不仅仅局限于此，在不偏离本发明的精髓的情况下，各种变型和改进对于所属技术领域的技术人员而言是显而易见的。 

Claims (4)

1.一种压电隔膜泵，其特征在于：是由压电陶瓷、振动基板、储液腔、驱动孔、驱动液、柔性隔膜、泵腔、入口单向阀、出口单向阀、入口和出口组成，其中压电陶瓷和振动基板粘接构成压电振子，压电振子设在储液腔的上部或下部，储液腔的上部或下部开设有与储液腔相连的驱动孔，柔性隔膜设在驱动孔上并将驱动液与泵腔隔开，振动基板、储液腔和柔性隔膜共同构成一个密封的空间，内部充满驱动液，入口单向阀和出口单向阀分别安装在泵腔的入口与出口处。
2.根据权利要求1所述的压电隔膜泵，其特征在于：柔性隔膜与液体接触的横截面积小于压电振子与液体接触的横截面积。
3.根据权利要求1所述的压电隔膜泵，其特征在于：所述的储液腔设有一个或数个，设有数个储液腔时，各储液腔的上部或下部均设有压电振子，且各个储液腔的内腔相贯通。
4.根据权利要求1所述的压电隔膜泵，其特征在于：所述的柔性隔膜为平面、弧面或波纹状结构，材质为柔度较大的弹性材料。
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