CN104153978A - 一种压电致振式微流体泵送装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电致振式微流体泵送装置，可以克服已有微流体泵送装置的不足，提高装置的输出特性。本发明压电致振式微流体泵送装置包括：压盖、进水孔、控制部分、驱动部分、出水孔、闷盖和连接螺栓。控制部分包括进水控制阀、出水控制阀、控制阀座、控制阀腔、支撑体和分隔膜。驱动部分包括泵送振子、泵送腔、支撑体、分隔膜和密封圈。压盖和闷盖与支撑体之间通过连接螺栓固定连接，泵送振子与支撑体之间垫有密封圈，分隔膜为低弹性模量的硅胶膜，并粘贴在泵送振子上。与已有微流体输送装置相比，本发明在工作时无流体倒流现象和驱动力损失，可提高装置的输出性能和在高频时本发明的流量保持性较好，且能实现流体的双向泵送。

Description

一种压电致振式微流体泵送装置

技术领域：

    本发明涉及一种压电致振式微流体泵送装置，属于微小型机电液系统领域。

 

背景技术：

近年来，微流体系统及相关技术因其无电磁干扰、结构紧凑、响应特性好以及便于精确控制等优点越来越受到人们的重视。国内微流体驱动与控制技术起步较晚，早期只有清华大学和吉林大学等几个研究单位对其进行研究，其中清华大学在微流量系统和微型泵方面做了大量的研究工作，吉林大学压电驱动与控制研究室1998年在国内首先报道了关于锥管式无阀压电泵的研究，之后又研发出最小分辨流量微升级可用于生物医药领域的微型压电泵，以及流量每分钟上千毫升、可用于计算机CPU水冷的系列化微型压电泵。

随着压电驱动器的不断发展，从压电材料薄膜到圆片形压电驱动器再到压电叠堆，压电驱动器的种类得到了不断的发展与更新，基于不同压电驱动器、不同机械结构和不同工作方式的微流体泵送装置均有广泛的报道。但主要是围绕被动式微流体输送装置的研究，主动控制式的研究相对较少。

如图1为一种有阀压电源微流体输送装置，其组成包括壳体1、工作腔2、进水口3、单向阀4和5、排水口6、压电振子7和固定环8。在流体的进水孔和出水孔处分别安装了方向不同的单向截止阀，压电振子采用单晶片压电振子。该装置正常工作时，由于单向被动截止阀存在滞后性，在进水孔和出水孔处都会出现流体倒流现象，导致压电振子的驱动力会有一定损失，泵送流体的流量相对较小，进而影响其工作性能和工作效率。基于上述不足，本发明设计了一种压电致振式微流体泵送装置，通过主动控制流体进出的工作过程，能够提高微流体泵送装置的输出特性。

 

发明内容：

本发明提供一种压电致振式微流体输送装置，其组成包括：压盖6、进水孔2、进水控制部分1、驱动部分4、出水控制部分8、出水孔5、闷盖7和连接螺栓3。进水控制部分1由进水控制阀105、控制阀座104、控制阀腔103、支撑体102和分隔膜101组成；出水控制部分8由出水控制阀804、控制阀座805、控制阀腔802、支撑体801和分隔膜803组成；驱动部分4由泵送振子405、密封圈402、分隔膜403、支撑体401和泵送腔404组成。压盖6和闷盖7与支撑体102之间通过连接螺栓3固定连接，泵送振子405与支撑体401之间垫有密封圈402，分隔膜403为低弹性模量的硅胶膜，粘贴在泵送振子405上。与已有微流体输送装置相比，本发明在正常工作时无流体倒流现象和驱动力损失，可提高微流体泵送装置的输出性能和在高频时本发明的流量保持性较好，且当两路控制信号的极性反接时，能实现流体的反向泵送。经实验测得频率为70Hz时，本发明压电致振式微流体泵送装置的最大输出流量为140ml/min。

本发明的工作原理如下：当给进水控制阀105施加打开的高电平方波控制信号，出水控制阀804施加关闭的低电平方波控制信号，同时泵送振子405施加向外侧运动的正弦驱动信号时，此时泵送腔404内容积增大，实现流体的泵入过程；当给进水控制阀105施加关闭的低电平方波控制信号，出水控制阀804施加打开的高电平方波控制信号，同时泵送振子405施加向内侧运动的正弦驱动信号时，此时泵送腔404内容积减小，实现流体的泵出过程。如此重复上诉动作，可实现流体的连续泵送。

 

附图说明：

图1是一种有阀压电源微流体输送装置的结构示意图；

图2是本发明压电致振式微流体泵送装置的结构示意图；

图3是图2中进水控制部分的结构示意图；

图4是图2中出水控制部分的结构示意图；

图5是图2中泵送振子的结构示意图。

    

具体实施方式：

具体实施方式1，参照图2，本发明所涉及的一种压电致振式微流体泵送装置由压盖6、进水孔2、进水控制部分1、驱动部分4、出水控制部分8、出水孔5、闷盖7和连接螺栓3组成。压盖6和闷盖7与支撑体102通过连接螺栓3固定连接，其中螺栓和螺母为标准件。工作时液体由进水孔2流入装置，经过进水控制部分1、驱动部分4和出水控制部分8流出出水孔5，完成流体的整个流动过程。进水孔2与进水管固定连接，完成液体由外部流入泵送装置的过程；出水孔5与出水管固定连接，完成液体由泵送装置流出外部的过程。

具体实施方式2，参照图3和图4，本发明所涉及的一种压电致振式微流体泵送装置，其控制部分包括进水控制部分1和出水控制部分8。进水控制部分1为液体流入泵送装置的控制部分，包括进水控制阀105、控制阀座104、控制阀腔103、支撑体102和分隔膜101。进水控制阀105和控制阀座104之间为控制阀腔103，用于液体进入装置的流动通道。出水控制部分8为液体流出泵送装置的控制部分，包括出水控制阀804、控制阀座805、控制阀腔802、支撑体801和分隔膜803。出水控制阀804和控制阀座805之间为控制阀腔802，用于液体流出装置的流动通道。进水控制阀105和出水控制阀804由压电振子和金属基板组成，压电振子的材料为锆钛酸铅压电陶瓷，金属基板的材料为铍青铜，压电振子用环氧双组份金属专用胶粘贴在金属基板的两侧。分隔膜101为低弹性模量的硅胶膜，用环氧双组份金属专用胶粘贴在金属基板上。进水控制阀105和出水控制阀804的控制方式采用方波电压控制信号，电压相位差为180度，且当进水控制阀105和出水控制阀805的方波控制信号的极性反接时可实现流体的反向泵送。

具体实施方式3，参照图5，本发明所涉及的一种压电致振式微流体泵送装置，其驱动部分4包括泵送振子405、密封圈402、分隔膜403、支撑体401和泵送腔404。泵送振子405由压电振子和金属基板组成，压电振子的材料为锆钛酸铅压电陶瓷，金属基板的材料为铍青铜，压电振子用环氧双组份金属专用胶粘贴在金属基板的两侧。泵送振子405和支撑体401之间为泵送腔404，当给泵送振子405施加正弦波驱动信号时，泵送腔404的容积大小交替变化，形成对液体的驱动力，使液体能够根据要求做定向流动。泵送振子405与支撑体401之间垫有密封圈402，以防止液体渗漏。分隔膜101为低弹性模量的硅胶膜，用环氧双组份金属专用胶粘贴在金属基板上。驱动部分4的驱动信号采用正弦波电压驱动信号，正向泵送时进水控制阀105和泵送振子405的电压相位差为70度，反向泵送时进水控制阀105和泵送振子405的电压相位差为250度。

Claims (3)

1.一种压电致振式微流体泵送装置由压盖（6）、进水孔（2)、进水控制部分（1）、驱动部分（4）、出水控制部分（8）、出水孔（5）、闷盖（7）和连接螺栓（3）组成，泵送装置的支撑体（102）在压盖（6）和闷盖（7）之间，四周通过连接螺栓（3）固定连接，工作时液体由进水孔（2）流入装置，经过进水控制部分（1）、驱动部分（4）和出水控制部分（8）流出出水孔（5），完成流体的整个流动过程，进水孔（2）与进水管固定连接，完成液体由外部流入泵送装置的过程，出水孔（5）与出水管固定连接，完成液体由泵送装置流出外部的过程，进水控制部分（1）和出水控制部分（8）完成液体流入和流出的控制，驱动部分（4）产生流体泵送的驱动力，通过施加高低电平的控制信号和驱动信号，使得进水控制阀（105）和出水控制阀（804）主动的打开和关闭，压电泵送振子（405）周期性的向内和向外运动，泵送腔（404）的容积产生时大时小的周期性变化，形成对液体的泵送能力，使得液体按照工作要求做定向流动。

2.根据权利要求1所述的一种压电致振式微流体泵送装置，其特征在于进水控制部分（1）和出水控制部分（8），进水控制部分（1）为液体流入泵送装置的控制部分，包括进水控制阀（105）、控制阀座（104）、控制阀腔（103）、支撑体（102）和分隔膜（101），进水控制阀（105）和控制阀座（104）之间为控制阀腔（103），用于液体进入装置的流动通道，出水控制部分（8）为液体流出泵送装置的控制部分，包括出水控制阀（804）、控制阀座（805）、控制阀腔（802）、支撑体（801）和分隔膜（803），出水控制阀（804）和控制阀座（805）之间为控制阀腔（802），用于液体流出装置的流动通道，进水控制阀（105）和出水控制阀（804）由压电振子和金属基板组成，其中压电振子的材料为锆钛酸铅压电陶瓷，金属基板的材料为铍青铜，压电振子用环氧双组份金属专用胶粘贴在金属基板的两侧，分隔膜（101）为低弹性模量的硅胶膜，用环氧双组份金属专用胶粘贴在金属基板上，进水控制阀（105）和出水控制阀（804）的控制方式采用方波电压控制信号，且电压相位差为180度，通过在进水控制阀（105）和出水控制阀（104）上施加方波控制信号，能使其主动开启和闭合，主动的完成了液体的流入和泵出过程，有效的遏制液体回流现象和降低驱动力损失，且当进水控制阀（105）和出水控制阀（805）的方波控制信号的极性反接时可实现流体的双向泵送。

3.根据权利要求1所述的一种压电致振式微流体泵送装置，其特征在于驱动部分（4），包括泵送振子（405）、密封圈（402）、分隔膜（403）、支撑体（401）和泵送腔（404），泵送振子（405）由压电振子和金属基板组成，其中压电振子的材料为锆钛酸铅压电陶瓷，金属基板的材料为铍青铜，压电振子用环氧双组份金属专用胶粘贴在金属基板的两侧，泵送振子（405）和支撑体（401）之间为泵送腔（404），当给泵送振子（405）施加正弦驱动信号时，泵送腔（404）的容积大小周期性交替变化，形成对液体的驱动力，使液体能够根据工作要求做定向流动，泵送振子（405）与支撑体（401）之间垫有密封圈（402），以防止液体渗漏，分隔膜（101）为低弹性模量的硅胶膜，用环氧双组份金属专用胶粘贴在金属基板上，驱动部分（4）的驱动信号采用正弦电压驱动信号，正向泵送时进水控制阀（105）和泵送振子（405）的电压相位差为70度，反向泵送时进水控制阀（105）和泵送振子（405）的电压相位差为250度。