分體式微量泵壓電驅動器的製作方法
2023-06-14 16:47:31
專利名稱：分體式微量泵壓電驅動器的製作方法
專利說明 本實用新型涉及分體式微量泵驅動器，該裝置屬於自動控制領域，可應用於自動控制系統、機器人、航空航天控制系統、生物化學分析等方面。微量泵驅動器是微量泵的動力裝置。微量泵從結構上分為兩類第一類是驅動器與泵體合為一體的微量泵，稱其為一體式微量泵；第二類是驅動器和泵體各自獨立，通過組合安裝構成的微量泵，稱之為分體式微量泵。驅動器的性能取決於驅動器的動態位移。目前，廣泛用於分體式微量泵的驅動器是採用單純壓電陶瓷片的軸向動態位移來驅動微量泵。由於壓電陶瓷片的軸向動態位移與其半徑成正比，當壓電陶瓷片的半徑較小時，其軸向動態位移很小。為實現對微量泵的有效驅動，通常只能加大壓電陶瓷片的半徑。這樣，高驅動器動態性能與驅動器微型化之間的矛盾，成為分體式微量泵驅動器設計製造及其應用推廣中的一個難題。本實用新型的目的是提供一種分體式微量泵壓電驅動器，該裝置採用Cymbal換能器代替現有的分體式微量泵驅動器的壓電陶瓷片，在相同的驅動器半徑和驅動電壓情況下，Cymbal換能器的軸向動態位移比壓電陶瓷片的高一個數量級，解決了現有分體式微量泵驅動器技術中，壓電陶瓷片驅動器的動態位移受其半徑大小限制的問題。
實現本實用新型發明目的的技術方案採用單一圓形壓電陶瓷片，在其兩圓面上塗覆銀電極並極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電陶瓷片相同的金屬平頂錐殼，安裝到壓電陶瓷片的兩個銀電極表面上構成Cymbal換能器；在Cymbal換能器的兩個振動面上，再安裝兩個與Cymbal換能器的半徑相同、由不同金屬材料製成的厚度不等的金屬蓋板，構成分體式微量泵壓電驅動器。
所述分體式微量泵壓電驅動器的原理Cymbal換能器是具有優異性能的小型彎張換能器，它通過金屬平頂錐殼與壓電陶瓷片的耦合作用，將壓電陶瓷片的徑向擴張振動模態改變為金屬平頂錐殼的彎張振動模態，從而產生較大的軸向的位移，並使外界作用在Cymbal換能器上的軸向外力通過金屬平頂錐殼與壓電陶瓷片的耦合作用，改變為徑向擴張振動模態與壓電陶瓷片的徑向擴張振動模態的迭加，以產生較大的徑向張力。在Cymbal換能器的一個振動周期內，其軸向與徑向的振動模態相互轉換，因而，與單一壓電陶瓷片相比較，其軸向有較大的動態位移。應用Cymbal換能器的這一特點，在其兩個振動面上安裝金屬蓋板的作用在於改善壓電驅動器與微量泵泵體的力學匹配及安裝條件，調整壓電驅動器的諧振頻率。
本實用新型有如下積極效果
1.在驅動器半徑較小和驅動電壓恆定的條件下，本實用新型可以獲得比半徑相同的壓電陶瓷片驅動器大一個數量級的動態位移，如加載1V驅動電壓，本實用新型的軸向動態位移可達0.5μm，是製作Cymbal換能器的單一壓電陶瓷片軸向動態位移的20多倍；2.本實用新型的驅動電壓與軸向動態位移成線性關係，驅動電壓在1～100V範圍連續可調；3.改變本實用新型金屬蓋板的材料或厚度，可在5000～15000Hz範圍內調整驅動器的諧振頻率。
圖1是本實用新型的結構示意圖圖2是本實用新型的動態位移曲線圖[具體實施方式
]
以下結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步的說明。
參照
圖1，採用單一圓形壓電陶瓷片(1)，在其兩圓面上塗覆銀電極並極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電陶瓷片相同的金屬平頂錐殼(2)，用環氧樹脂膠粘結到壓電陶瓷片的兩個銀電極表面上構成Cymbal換能器，這兩個金屬平頂錐殼作為Cymbal換能器的振動面和電極；在Cymbal換能器的兩個振動面上，再用環氧樹脂膠分別粘結上兩個與Cymbal換能器半徑相同、由不同金屬材料製成的厚度不等的金屬蓋板(3)，構成分體式微量泵壓電驅動器。
當驅動電壓為1V並且驅動器的諧振頻率等於驅動電源的頻率時，本實用新型的軸向動態位移與徑向位置的關係如圖2所示。其中橫坐標表示驅動器的徑向位置，縱坐標表示驅動器的軸向位移，坐標原點在壓電陶瓷片的圓心處。由此圖可見，驅動器的軸向動態位移在圓心處為最大值，在徑向軸對稱分布，並隨徑向位置的增大而衰減。
本實用新型的驅動電壓V與軸向動態位移Y的關係為Y＝0.5V(微米/伏)驅動電壓在1～100V的範圍連續可調，調節驅動電壓可改變微量泵的流量。當驅動器的諧振頻率等於驅動電源的頻率時，驅動器的軸向動態位移達最大值。
最佳實施例用半徑為10mm、厚度為1mm的壓電陶瓷片(PZT5A)，在其兩圓面上塗覆銀電極並極化，在軸對稱條件下，將兩個半徑為10mm、厚0.5mm的H62黃銅平頂錐殼，用環氧樹脂膠粘結到壓電陶瓷片的兩對稱的銀電極面上，構成Cymbal換能器。在Cymbal換能器黃銅平頂錐殼的上頂面，用環氧樹脂膠粘結一個半徑為10mm、厚度為6mm、由硬鋁製成的上蓋板；在Cymbal換能器黃銅平頂錐殼的下頂面，用環氧樹脂膠粘結一個半徑為10mm、厚度為16mm、由H62黃銅製成的下蓋板，上下兩蓋板的間距為2-6mm，構成分體式微量泵壓電驅動器。實測結果表明，當該驅動器的驅動電壓為1V時，其軸向動態位移為0.5μm；當驅動電壓為10V時，軸向動態位移為5μm；驅動電壓與軸向動態位移成線性關係。
權利要求1.一種分體式微量泵壓電驅動器，該裝置包含一個圓形壓電陶瓷片，其特徵是在壓電陶瓷片的兩圓面上塗覆銀電極並極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電陶瓷片相同的金屬平頂錐殼，安裝到壓電陶瓷片的兩個銀電極表面上構成Cymbal換能器；在Cymbal換能器的兩個振動面上，安裝兩個與Cymbal換能器的半徑相同、由不同金屬材料製成的厚度不等的金屬蓋板，構成分體式微量泵壓電驅動器。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特性是所述的驅動器上下兩金屬蓋板的間距為2-6mm。
3.根據權利要求1，2所述的裝置，其特性是所述的驅動器的諧振頻率等於驅動電源的頻率，驅動電壓為1～100V。
專利摘要一種分體式微量泵壓電驅動器，該裝置包含一個圓形壓電陶瓷片，其特徵是在壓電陶瓷片的兩圓面上塗覆銀電極並極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電陶瓷片相同的金屬平頂錐殼，安裝到壓電陶瓷片的兩個銀電極表面上構成Cymbal換能器；在Cymbal換能器的兩個振動面上，安裝兩個與Cymbal換能器的半徑相同、由不同金屬材料製成的厚度不等的金屬蓋板，構成分體式微量泵壓電驅動器。這兩個金屬蓋板的作用在於改善壓電驅動器與微量泵泵體的力學匹配及安裝條件，調整壓電驅動器的諧振頻率。本實用新型可應用於自動控制系統、機器人、航空航天控制系統、生物化學分析等方面。
文檔編號F04B43/04GK2704700SQ20042003465
公開日2005年6月15日 申請日期2004年5月6日 優先權日2004年5月6日
發明者王光燦, 張晉, 王麗坤, 欒桂冬, 張福學 申請人:雲南大學