CN103644099A - 一种基于附壁效应的双腔无阀压电泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于附壁效应的双腔无阀压电泵,包括两个压电振子、泵盖和泵体,泵盖和泵体通过键合或黏结剂结合,两个压电振子固定在泵盖上,泵盖上设有两个泵腔上半部分,泵体上设有两个泵腔下半部分、两个锥管、连接管、进口管和出口管及进口腔和出口腔;第一锥管截面较小的一端与泵腔下半部分连通、截面较大的一端连通出口管和连接管;第二锥管截面较小的一端与泵腔下半部分连通,截面较大的一端连通进口管和连接管;第一、第二锥管通过连接管连通;分别加载相位相差180度的交变电压使两个压电振子发生振幅相同、相位相差180度的异步振动:结构简单,易于微型化,流量高,可以持续出流。
Description
技术领域
本发明涉及微流体传输与控制以及微机械技术领域,具体是一种双腔无阀压电泵。
背景技术
压电泵是机械式微泵的一种,属于容积泵,广泛应用在药物微量输运、细胞分离、电子产品(如CPU)降温、燃料微量喷射、化学微分析、管道流动中转捩控制等领域。依据有无阀片结构,可将压电泵分为有阀压电泵和无阀压电泵两类。无阀压电泵没有单向阀结构,加工简单,易于微型化,且流体介质不会因为阀结构而被隔断,避免一些敏感介质受到影响。大多数无阀压电泵的结构是将两个特殊结构流管与泵腔连接,利用特殊结构流管不同方向流动的流阻差异产生泵送效果,常见的特殊结构流管有锥形管、tesla管、三通管等。由于特殊结构流管的流阻差异不大,导致该类型无阀压电泵的容积效率较低且不能持续出流。为解决这些问题,利用附壁效应的射流控制元件被用于无阀压电泵。
发明内容
本发明针对已有无阀压电泵容积效率低、不能持续出流的问题,提出一种基于附壁效应的高流量、可持续出流的双腔无阀压电泵。
本发明采用技术方案是:包括两个压电振子、泵盖和泵体,泵盖和泵体通过键合或黏结剂结合,两个压电振子固定在泵盖上,泵盖上设有两个泵腔上半部分,泵体上设有两个泵腔下半部分、两个锥管、连接管、进口管和出口管及进口腔和出口腔;第一锥管截面较小的一端与泵腔下半部分连通、截面较大的一端连通出口管和连接管;第二锥管截面较小的一端与泵腔下半部分连通,截面较大的一端连通进口管和连接管;第一、第二锥管通过连接管连通;分别加载相位相差180度的交变电压使两个压电振子发生振幅相同、相位相差180度的异步振动。
本发明的有益效果是:结构简单,易于微型化,流量高,可以持续出流。
附图说明
图1为本发明的结构主视图;
图2为图1的俯视图;
图3为图1中A-A剖面图;
图4为图3中I局部放大图;
图5为图2中B-B剖面图;
图6为图2中C-C剖面图;
图7为压电振子1向下振动,压电振子2向上振动时工作原理图;
图8为压电振子2向下振动,压电振子1向上振动时工作原理图;
图9为实施例1中一个周期内出口腔12的瞬时流量线图。
图中:1、2.压电振子;3.泵盖;4.泵体;5、6.泵腔下半部分;7、10.锥管;8.进口腔;9.进口管;11.连接管;12.出口腔;13.出口管;14、15泵腔上半部分。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5、6所示,本发明包括两个压电振子1、2、泵盖3和泵体4。泵盖3和泵体4通过键合或黏结剂结合,两个压电振子1、2通过黏结剂固定在泵盖3上。泵盖3上加工有两个泵腔上半部分14、15。泵体4上加工有两个泵腔下半部分5、6、两个锥管7、10、连接管11、进口管9和出口管13、以及进口腔8和出口腔12。锥管7截面较小的一端与泵腔下半部分5连通,截面较大的一端与出口管13和连接管11连通;锥管10截面较小的一端与泵腔下半部分6连通,截面较大的一端与进口管9和连接管11连通;两个锥管7、10通过连接管11连通。连接管11位于进口腔8和出口腔12之间。进口管9、锥管10、连接管11、锥管7、出口管13以Z字型布置,进口管9和出口管13相平行。
两个锥管7、10的结构尺寸相同,锥管7与出口管13相连的一侧壁面与泵腔下半部分5的壁面为圆角过渡连接且两壁面相互垂直,锥管7与连接管11相连的一侧壁面与泵腔下半部分5的壁面为尖角连接;锥管10与连接管11相连的一侧壁面与泵腔下半部分6的壁面为圆角过渡连接且两壁面相互垂直,锥管10与进口管9相连的一侧壁面与泵腔下半部分6的壁面为尖角连接。进口管9和出口管13结构尺寸相同,进口腔8和出口腔12结构尺寸相同。
影响压电泵性能的主要结构参数的取值范围为:锥管7、10最小截面处宽度a为50μm到500μm;锥管7、10长度L 1为最小截面处宽度a的5到10倍;锥管7、10锥角θ为20°到40°;锥管7、10圆角过渡半径r为最小截面处宽度a的1倍到2倍;进口管9和出口管13的宽度b 1为锥管7、10最小截面处宽度a的1.5倍到5倍;进口管9和出口管13的长度L 2为宽度b 1的4倍到10倍;连接管11长度L 3为进口管9和出口管13的长度L 2 的2倍到6倍;泵腔下半部分5、6、锥管7、10、进口管9、连接管11、进口管9和出口管13的深度h为锥管7、10最小截面处宽度a的1到2倍。
本发明工作时,分别加载相位相差180度的交变电压使两个压电振子1、2发生振幅相同、相位相差180度的异步振动。
当压电振子1向下位移,压电振子2向上位移时,如图7所示,泵腔上半部分14体积变小,流体从泵腔下半部分5经由锥管7排出,流量为 ,由于锥管7与出口管13相连的一侧壁面与泵腔下半部分5的壁面为圆角过渡连接,流动损失小;而锥管7与连接管11相连的一侧壁面与泵腔下半部分5的壁面为尖角连接,流动损失大,根据附壁效应原理,在很短时间内,射流将会偏转并沿着有圆角过渡的管壁流向出口管13,即泵腔排出的大部分流体由出口腔12流出,而少量流体流入连接管11,流量为,所以由出口腔12流出的流量为;与此同时,泵腔上半部分15体积变大,流体经由锥管10被吸入泵腔下半部分6,流量也为,大部分流体由进口腔8经由进口管9吸入,流量也为。
当压电振子2向下位移,压电振子1向上位移时,如图8所示,泵腔上半部分15体积变小,流体从泵腔下半部分6经由锥管10排出,流量为,由于锥管10和锥管7结构相同,根据附壁效应原理,在很短时间内,射流将会偏转并沿着有圆角过渡的管壁流向连接管11,而该射流产生的低压区将从进口管9吸入少量流体,流量为,所以流向连接管11的流量为;与此同时,泵腔上半部分14体积变大,流体经由锥管7被吸入泵腔下半部分5,流量为,由于连接管11流入锥管7的流量为,所以少量流体由出口管13流出,流量为。
以下提供本发明的一个实施例:
实施例1
Claims (5)
1.一种基于附壁效应的双腔无阀压电泵,包括两个压电振子(1、2)、泵盖(3)和泵体(4),泵盖(3)和泵体(4)通过键合或黏结剂结合,两个压电振子(1、2)固定在泵盖(3)上,泵盖(3)上设有两个泵腔上半部分(14、15),其特征是:泵体(4)上设有两个泵腔下半部分(5、6)、两个锥管(7、10)、连接管(11)、进口管(9)和出口管(13)及进口腔(8)和出口腔(12);第一锥管(7)截面较小的一端与泵腔下半部分(5)连通、截面较大的一端连通出口管(13)和连接管(11);第二锥管(10)截面较小的一端与泵腔下半部分(6)连通,截面较大的一端连通进口管(9)和连接管(11);第一、第二锥管(7、10)通过连接管(11)连通;分别加载相位相差180度的交变电压使两个压电振子(1、2)发生振幅相同、相位相差180度的异步振动。
2.根据权利要求1所述一种基于附壁效应的双腔无阀压电泵,其特征是:连接管(11)位于进口腔(8)和出口腔(12)之间,进口管(9)、两个锥管(7、10)、连接管(11)、出口管(13)以Z字型布置,进口管(9)和出口管(13)相平行。
3.根据权利要求2所述一种基于附壁效应的双腔无阀压电泵,其特征是:第一锥管(7)与出口管(13)相连的一侧壁面与泵腔下半部分(5)的壁面为圆角过渡连接且两壁面相互垂直,第一锥管(7)与连接管(11)相连的一侧壁面与泵腔下半部分(5)的壁面为尖角连接;第二锥管(10)与连接管(11)相连的一侧壁面与泵腔下半部分(6)的壁面为圆角过渡连接且两壁面相互垂直,第二锥管(10)与进口管(9)相连的一侧壁面与泵腔下半部分(6)的壁面为尖角连接。
4.根据权利要求1所述一种基于附壁效应的双腔无阀压电泵,其特征是:第一、第二锥管(7、10)的结构尺寸相同,进口管(9)和出口管(13)结构尺寸相同,进口腔(8)和出口腔(12)结构尺寸相同。
5.根据权利要求4所述一种基于附壁效应的双腔无阀压电泵,其特征是:第一、第二锥管(7、10)最小截面处宽度a均为50μm至500μm;两个锥管(7、10)的长度L 1为a的5至10倍、锥角θ为20°至40°;进口管(9)和出口管(13)的宽度b 1为a的1.5倍至5倍;进口管(9)和出口管(13)的长度L 2为宽度的4倍至10倍;连接管(11)长度L 3为L 2 的2倍到6倍;泵腔下半部分(5、6)、两个锥管(7、10)、进口管(9)、连接管(11)、进口管(9)和出口管(13)的深度均为a的1至2倍。
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