一种无阀压电微量泵的制作方法

专利名称：一种无阀压电微量泵的制作方法技术领域：本发明涉及一种利用压电陶瓷材料逆压电效应的微流体机械装置，具体来说，涉及一种无阀压电微量泵。背景技术：压电微量泵是MEMS研究领域的一个重要方向，作为微流体系统的驱动源，它是微流体系统发展水平的重要标志。压电微量泵已广泛应用于药物微量输送、生物工程、微量化学分析、打印机喷墨阵列、微量液体或气体配给、燃料微量喷射、分子识别、细胞分离、疾病诊断、药物筛选、环境监测、集成电子元件冷却、微型部件的润滑、微小卫星的推进等科学技术领域。根据压电微量泵有无阀片可将其分为有阀型微泵和无阀型微泵，尽管有阀型微泵的工作原理比较简单，易于控制，制造工艺比较成熟，但由于整个泵体中存在阀片等机械可动部件，受加工工艺和加工精度的制约，在实际生产应用中有阀型微泵依然存在一些问题:阀片频繁开关易疲劳损坏，导致微泵可靠性不高、使用寿命短；对于某些液体易发生阻塞；微泵硅薄膜易碎，成品率低；整机制作难度大、加工成本高。为了克服以上有阀型微泵的不足，公开号为CN201246300的专利文献公开了一种“V”型管无阀压电泵，该无阀压电泵在泵体的进口管和出口管分别安装V型管和倒V型管，实现了液体介质的单向流动控制，简化了无阀压电泵的结构，提高了微量压电泵的可靠性，但是该无阀压电泵也存在着一些不足:该无阀压电泵的V型管制造安装难度较大，生产成本较高；单位面积上平均进出口管面积比例较小，流量调节范围较小。发明内容为了克服现有无阀压电微量泵的不足，本发明的目的在于提供一种新型的无阀压电微量泵。一种无阀压电微量泵，包括振动板、泵体8和通过螺栓6连接在泵体8上的上盖板1，所述上盖板I和泵体8之间构成空腔，振动板设置在上盖板I和泵体8之间，空腔由振动板分隔为进液负压腔和出液压力腔，振动板由振动膜片2和环形压电陶瓷片3同轴粘接构成，振动膜片2中未与环形压电陶瓷片3、上盖板I及泵体8接触的中部圆形区域和外围环形区域均布有锥形孔，锥形孔的大端朝向进液负压腔，小端朝向出液压力腔，锥形孔的大端直径在30-80 μ m之间，小端直径在3-10 μ m之间，每平方毫米上分布有25-100个锥形孔。更进一步，所述的压电陶瓷片3的两个电极连接有压电陶瓷驱动电源9，泵体8上开有驱动压电陶瓷需要的电源线孔，电源线孔出口出设有防止液体流出的密封胶堵7。更进一步，所述密封圈A4设置在上盖板I和振动膜片2之间，对负压进液腔起密封的作用，密封圈B5设置在泵体8和振动膜片2之间，对出液压力腔起密封的作用。更进一步，所述的上盖板I与一进液管道相连，泵体8与一出液管道相连。该无阀压电微量泵具有结构简单、体积小、重量轻、能耗低、无噪声、无电磁干扰、流量控制精确、流量调节范围大、安装方便、操作简单、成本低、使用寿命长等优点，有利于其产业化发展，应用前景广阔。本发明还具有以下优点: 1.本发明所述振动板采用压电陶瓷驱动，控制容易，结构简单； 2.在保证压电微量泵流速均匀的基础上，可最大限度的减少能源的消耗； 3.响应速度快； 4.应用广泛，可以用于药物微量输送、生物工程、微量化学分析、打印机喷墨阵列、微量液体或气体配给、燃料微量喷射、分子识别、细胞分离、疾病诊断、药物筛选、环境监测、集成电子元件冷却、微型部件的润滑、微小卫星的推进等科学技术领域。图1是本发明的一种无阀压电微量泵的结构示意图。图2是本发明的一种无阀压电微量泵应用范例的系统结构示意图。图3是本发明的一种无阀压电微量泵的振动板的前视图。图4是本发明的一种无阀压电微量泵的振动板的仰视图。图5是本发明的一种无阀压电微量泵输入电压和输出流量的关系曲线。图中标号说明:1.上盖板，2.振动膜片，3.压电陶瓷片，4.密封圈A，5.密封圈B，6.螺栓，7.密封胶堵，8.泵体，9.压电陶瓷驱动电源具体实施例方式结合图1所示，一种无阀压电微量泵，包括振动板、泵体8和通过螺栓6连接在泵体8上的上盖板I，所述上盖板I和泵体8之间构成空腔，振动板设置在上盖板I和泵体8之间，空腔由振动板分隔为进液负压腔和出液压力腔，振动板由振动膜片2和环形压电陶瓷片3同轴粘接构成，压电陶瓷片3材料为PZTUFgS 16mm，内孔径为8mm，厚度为0.6mm,振动膜片2材料为316L不锈钢，厚度为0.1mm，直径为25mm。压电陶瓷片3的两个电极联接有电源线，泵体8上开有驱动压电陶瓷需要的电源线孔，电源线孔出口出设有防止液体流出的密封胶堵7。所述密封圈A4设置在上盖板I和振动膜片2之间，对负压进液腔起到密封的作用，密封圈B5设置在泵体8和振动膜片2之间，对出液压力腔起到密封的作用。所述的上盖板I与一进液管道相连，泵体8与一出液管道相连。结合图2所示，压电陶瓷片3的两个电极与一压电陶瓷驱动电源9相连，压电陶瓷驱动电源9输出电压为0-36V，输出频率为106 ±0.05KHz。结合图3和图4所示，振动膜片2中未与环形压电陶瓷片3、上盖板I及泵体8接触的中部圆形区域和外围环形区域均布有锥形孔，每平方毫米上分布有64个锥形孔，锥形孔的大端直径在60-80 μ m之间，小端直径在4-8 μ m之间，所述振动膜片2上的锥形孔的大端朝向进液负压腔，小端朝向出液压力腔。系统工作时，在进液管道内通入需要输送的液体介质蒸馏水，振动板的压电陶瓷片3两极与压电陶瓷驱动电源9相连，在压电陶瓷驱动电源9的驱动下，振动板产生圆板弯曲振动，在一个振动周期内，进液负压腔和出液压力腔的体积各发生减小和增大各一次。当振动板向下振动时，出液压力腔体积减小，腔内压力增大，蒸馏水以一定的流速从出液管道流出，同时，由于振动膜片2上锥形孔的存在，极微量的蒸馏水从出液压力腔回流到进液负压腔；同时进液负压腔体积增大，腔内压力减小，形成负压，进液管道内的蒸馏水流入进液负压腔。当振动板向上振动时，出液压力腔体积增大，这时蒸馏水经锥形孔由进液负压腔流入到出液压力腔，为出液压力腔补充了待要输送的蒸馏水，补充了出液压力腔体积增大的空间，减少了出液压力腔形成负压的可能，避免了出液管道液体的回流。由于锥形孔特殊的流体动力学效应，液体介质由锥形孔小端流入锥形孔大端的阻力大于其由锥形孔大端流入锥形孔小端的阻力，因此在振动板的每个振动周期内，经锥形孔由进液负压腔流入到出液压力腔的蒸馏水多于由出液压力腔回流到进液负压腔的蒸馏水，而多出的蒸馏水则由出液管道输出，经振动板的高频连续振动和锥形孔的流体动力学作用，进而实现蒸馏水的连续输送，又由于压电陶瓷驱动电源9输出电信号的频率较高，振动板的振动频率亦较高，从而在出液管道形成较稳定的压力和流速。当需要停止输送蒸馏水时，压电陶瓷驱动电源9对无阀压电微量泵停止供电即可，振动板不再振动，进液负压腔和出液压力腔的体积不再发生变化，因为振动膜片2上的锥形孔直径很小，再加上蒸馏水具有一定的粘滞作用，蒸馏水不会在非工作状态由振动膜片2上的锥形孔从进液负压腔流入到出液压力腔，无阀压电微量泵即停止了对蒸馏水的输送。结合图5所示，由实验结果曲线可知，随着压电陶瓷驱动电源9输出电压的升高，压电微量泵的输出流量呈近似呈直线趋势上升，并在输入电压为36V时蒸馏水的流速达到最大，输出流量大小为观Λβ L/min。权利要求1.一种无阀压电微量泵，包括振动板、泵体(8)和通过螺栓(6)连接在泵体(8)上的上盖板(I )，所述上盖板(I)和泵体(8)之间构成空腔，其特征在于:所述振动板设置在上盖板(I)和泵体(8)之间，所述空腔由振动板分隔为进液负压腔和出液压力腔，振动板由振动膜片(2)和环形压电陶瓷片(3)同轴粘接构成，振动膜片(2)中未与环形压电陶瓷片(3)、上盖板(I)及泵体(8)接触的中部圆形区域和外围环形区域均布有锥形孔，锥形孔的大端朝向进液负压腔，小端朝向出液压力腔，所述振动膜片(2)和上盖板(I)之间、振动膜片(2)和泵体(8)之间均设置有密封圈。2.根据权利要求1所述的无阀压电微量泵，其特征在于，所述的压电陶瓷片(3)连接有压电陶瓷驱动电源(9)。3.根据权利要求1或2所述的无阀压电微量泵，其特征在于，所述的泵体(8)上设有驱动压电陶瓷片(3)需要的电源线孔，且电源线孔出口处设有防止液体流出的密封胶堵(7)。4.根据权利要求1所述的无阀压电微量泵，其特征在于，所述的上盖板(I)与一进液管道相连。5.根据权利要求1所述的无阀压电微量泵，其特征在于，所述的泵体(8)与一出液管道相连。全文摘要本发明公开了一种无阀压电微量泵，包括振动板、泵体(8)和通过螺栓(6)连接在泵体(8)上的上盖板(1)，上盖板(1)和泵体(8)之间构成空腔，振动板设置在上盖板(1)和泵体(8)之间，空腔由振动板分隔为进液负压腔和出液压力腔，振动板由振动膜片(2)和环形压电陶瓷片(3)同轴粘接构成，振动膜片(2)中未与环形压电陶瓷片(3)、上盖板(1)及泵体(8)接触的中部圆形区域和外围环形区域均布有锥形孔，锥形孔的大端朝向进液负压腔，小端朝向出液压力腔。本发明的无阀压电微量泵，结构简单、体质轻巧、功率容量大、整机制造装配容易，生产成本低。文档编号F04B43/04GK103195694SQ201310126979公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月14日 优先权日2013年4月14日发明者殷振, 李华, 曹自洋, 李艳, 王广勋, 伯洁, 黄亚萍, 赵峰, 姚敬东, 任坤 申请人:苏州科技学院