CN110508210A - 一种多液体精确比例混合装置 - Google Patents

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孙岳林
丁煜才
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Abstract

本发明涉及一种多液体精确比例混合装置，尤其涉及一种采用压电泵的多液体精确比例混合装置，属于精密流体控制技术领域。包括压电泵A、压电泵B、溶液A、溶液B、混合腔、混合器、电控阀，波纹渠道单元正对着压电振子安装在泵体圆柱形内腔中，本发明压采用压电振子作为驱动元件，提高泵送精度的同时，简化了***结构组成；通过旋转波纹渠道单元使得压电泵的泵送量得到精确、可控的调节，最大限度的提高了溶液配比的可变范围。

Description

一种多液体精确比例混合装置
技术领域
本发明涉及一种多液体精确比例混合装置，尤其涉及一种采用压电泵的多液体精确比例混合装置，属于精密流体控制技术领域。
背景技术
用于精确溶液配比的装置中，多采用电机加活塞的方式进行液体的吸取与排出。如专利“比例可变稀释器”(CN200520028891.8)中采用两个直线步进电机直接驱动大小活塞，实现溶剂稀释液与样液的吸取与排出。若电机行程相同，活塞面积之比为稀释液与样液的体积之比；另外可通过电机行程的调节实现液体的变比例稀释。此种溶液配比装置一般包括两个单向阀(或电磁阀)、两个步进电机(或一个旋转电机+曲柄连杆机构)、两个活塞及缸体、连接管路等部分，因此装置体积大、结构复杂、环节多，对加工制造水平要求高，可靠性差。另外，仪器装置的发展趋势为小型化、集成化，采用电机加活塞的方式无法满足仪器装置小型化、高可靠性、高精度的发展要求。
20世纪70年代发展起来的压电泵是一种新型流体驱动器，它不需要附加驱动电机，而是利用压电材料的逆压电效应使压电振子产生变形，再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出或者利用压电振子产生波动来传输液体。由于压电泵具有传统的泵不具备的特点，如果能将传统泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者合为一体,可实现结构简单、体积小、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰，可根据施加电压或频率控制输出微小流量。尽管它的发明与发展仅20多年的历史,但在航空航天器、机器人、汽车、医疗器械、生物基因工程、微型机械等领域里得到成功的应用。
基于不同结构和原理，根据压电振子能量转化方式，压电泵可分为压电薄膜泵和压电超声泵两大类。压电薄膜泵和压电超声泵的主要区别在于：压电薄膜泵是直接或间接利用压电振子机械变形来改变泵腔体积，通过阀实现流体的单向流动；而压电超声泵则是利用压电振子产生的超声波，无须借助阀即可实现流体的单向(沿着波的传播方向)流动。根据阀的结构特点，压电薄膜泵又分为有阀压电薄膜泵(悬臂梁、浮动球阀或锥型阀等)和无阀压电薄膜泵(如锥型管无阀压电薄膜泵，温控制动阀压电薄膜泵等)，压电薄膜泵又包括压电片驱动和压电叠堆驱动、单腔体和多腔体等多种结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多液体精确比例混合装置，以解决目前已有溶液配比、混合装置存在的精度低、结构复杂、体积大、操作不便等问题。
本发明采取的技术方案为：
一种多液体精确比例混合装置，包括压电泵A、压电泵B、溶液A、溶液B、混合腔、混合器、电控阀，溶液A通过压电泵A与混合腔的一端相连，溶液B通过压电泵B与混合腔的另一端相连，混合腔通过电控阀与混合器相连；其中压电泵A、B的泵体上开设进出口，压电振子通过粘合剂固定在泵盖上，泵盖与泵体螺栓连接在一起，波纹渠道单元正对着压电振子安装在泵体圆柱形内腔中，所述波纹渠道单元正对着压电振子的一面是波纹起伏形状，每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹角度不等的相交的平面构成非对称起伏形状，若干波纹单元与压电振子之间构成过流面积不等的锥形流道。
进一步地，波纹渠道单元相对于泵体内腔可旋转。
进一步地，波纹渠道单元采用间隙配合安装在圆柱形泵腔内，波纹渠道单元中的轮廓线的流道较窄处的端点的切线与两端点轴线的夹角α1＝70°，α2＝30°，波纹数n＝5，总长C＝35mm。
有益效果
1、本发明采用可旋转波纹渠道压电泵作为精确流体控制元件，代替电机与活塞组成的流体控制元件，整个装置的泵送装置结构得到简化，体积与重量以及压电泵功耗大大减小，易于***的小型化、集成化。
2、本发明利用压电振子形状变化形成容腔容积变化进行容易的定量吸取、配比，无机械摩擦，结构简单可靠、耐久寿命长；利用压电振子极高分辨率的弹性变形实现容腔体积的高精度控制，大大提高了样液吸取量的控制精度。
3、本发明压采用压电振子作为驱动元件，提高泵送精度的同时，简化了***结构组成；通过旋转波纹渠道单元使得压电泵的泵送量得到精确、可控的调节，最大限度的提高了溶液配比的可变范围。
附图说明
图1为本申请多液体精确比例混合装置结构图。
图2为本申请装置中的压电泵结构图。
图3-4为波纹渠道单元结构图。
图5为波纹渠道单元旋转示意图。
具体实施方式
本发明的一种多液体精确比例混合装置，如附图1所示，包括压电泵A1、压电泵B2、溶液A3、溶液B4、混合腔5、混合器6、电控阀7，溶液A通过压电泵A与混合腔的一端相连，溶液B通过压电泵B与混合腔的另一端相连，混合腔通过电控阀与混合器相连。其中压电泵A、B的结构如附图2所示，泵体上开设进出口，压电振子通过粘合剂固定在泵盖上，泵盖与泵体螺栓连接在一起，波纹渠道单元正对着压电振子、可旋转地安装在泵体圆柱形内腔中。
波纹渠道单元正对着压电振子的一面是波纹起伏形状，每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹角度不等的相交的平面构成非对称起伏形状，若干波纹单元与压电振子之间构成过流面积不等的流道，其目的是利用流体在沿左和右两方向流动时，由于两波纹面所夹的角度不同，产生的流阻不同，从而在压电振子往复运动时，往复流过泵腔中的流体会产生流量差，这一流量差在宏观上表现为单一运动方向的液体流动。压电振子向上运动时，泵腔容积增加，流体通过波纹渠道单元被吸入泵腔，考虑波纹渠道单元中的任意一个波纹单元，倾角不等的波纹单元分别从左与右两侧同时向右与左流动；由于右倾角小于左倾角，波纹渠道单元中任意一个波纹的右收缩渠道流阻小于左收缩渠道流阻；在收缩渠道段内，流阻大而流量小，从左收缩渠道向右流动的瞬时流量小于从右收缩管向左流动的瞬时流量。在扩张渠道段内，流阻大则流量小，从左扩张管向右流动的瞬时流量大于从右扩张管向左流动的瞬时流量。因而：吸程时，波纹小倾角边大于波纹大倾角边的瞬时流入泵腔的流量。
排出的工作原理与吸入的原理相同，综上可知，排出时，波纹小倾角边小于波纹大倾角边的瞬时流出泵腔的流量。这样反复的吸入与排出，宏观上波纹小倾角边就成为吸入口，波纹大倾角边就成为排出口，流体从波纹小倾角边流入泵腔，流体从波纹大倾角边流出泵腔，也就实现了单方向流动。
由于波纹渠道单元可以在泵体内旋转，所以波纹线与泵腔吸入口、排出口的轴线形成的夹角β可在0°至360°之间变化，该变化会引起波纹面被过吸入口和排出口轴线且垂直于压电振子的平面所截的截面的角度发生变化，从而导致流量了的变化：在倾角β为0°至90°内，流量随着角度增大而增大；在倾角β为90°至180°内，流量随着角度增大而减小；从而利用波纹渠道单元的旋转实现溶液泵送量的精确调节。
泵盖14和泵体11通过静电键合在一起，压电振子12通过粘结剂固定于泵盖14的正上方，在泵盖14上加工出进口17和出口18，进口17和出口18分别与进出管相通。波纹渠道单元13采用间隙配合安装在圆柱形泵腔内，泵体11设有进口腔15和出口腔16，相邻波纹单元之间有间距R，波纹渠道单元13中的轮廓线的流道较窄处的端点的切线与两端点轴线的夹角α1＝70°，α2＝30°，波纹数n＝5，间距R＝6mm，总长C＝35mm，
波纹渠道单元13旋转的实现可以采用机械领域中常规的齿轮传动，波纹渠道单元外圆周具有外齿轮，泵体圆柱形内腔中设有内齿轮，波纹渠道单元通过内外齿轮与泵体配合，波纹渠道单元通过内外齿轮的相对运动实现旋转。内外齿轮的旋转可以采用电机带动齿轮或者手动拨动等方式。
本发明的工作过程如下：
压电泵A从溶液A中吸取溶液，泵送到混合腔中，压电泵B从溶液B中吸取溶液，泵送到混合腔中，溶液A和溶液B的混合比例通过压电泵A和压电泵B的输出流量来调节，具体而言，旋转压电泵A和/或压电泵B的波纹渠道单元，改变波纹线与泵腔吸入口、排出口的轴线形成的夹角，从而实现改变压电泵A和压电泵B的输出流量，进而得到溶液混合的不同比例，实现多液体精确比例混合的目的。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种多液体精确比例混合装置，其特征在于：包括压电泵A、压电泵B、溶液A、溶液B、混合腔、混合器、电控阀，溶液A通过压电泵A与混合腔的一端相连，溶液B通过压电泵B与混合腔的另一端相连，混合腔通过电控阀与混合器相连；其中压电泵A、B的泵体上开设进出口，压电振子通过粘合剂固定在泵盖上，泵盖与泵体螺栓连接在一起，波纹渠道单元正对着压电振子安装在泵体圆柱形内腔中，所述波纹渠道单元正对着压电振子的一面是波纹起伏形状，每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹角度不等的相交的平面构成非对称起伏形状，若干波纹单元与压电振子之间构成过流面积不等的锥形流道。
2.如权利要求1所述的一种多液体精确比例混合装置，其特征在于：波纹渠道单元相对于泵体内腔可旋转。
3.如权利要求2所述的一种多液体精确比例混合装置，其特征在于：波纹渠道单元采用间隙配合安装在圆柱形泵腔内，波纹渠道单元中的轮廓线的流道较窄处的端点的切线与两端点轴线的夹角α1＝70°，α2＝30°，波纹数n＝5，总长C＝35mm。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1743670A (zh) * 2005-10-14 2006-03-08 北京工业大学 内置波纹渠道无阀压电泵
CN102671572A (zh) * 2012-05-31 2012-09-19 吉林大学 一种压电驱动微混合器及其制作方法和控制方法

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