壓電泵的傳感器的製作方法

2023-07-27 15:27:46

專利名稱：壓電泵的傳感器的製作方法
技術領域：
本發明屬於微流體傳輸與控制領域弓I用的微小精密壓電泵，具體涉及一種監測壓電泵流量的傳感器。
背景技術：
壓電泵的研究始於二十世紀八十年代末。1978年美國Sandia國家實驗室的W.J.Spenser發表了《電控壓表胰島素泵和閥》，之後不斷發展，壓電驅動器種類得到了不斷的更新。壓電晶片泵作為電驅動器的一個重要分支，以其結構件大、體積小、反應快、無電磁幹擾、易於操作、流量/壓力可控性好等諸多優勢，在醫療、化學分析、航空航天、汽車發送機及燃料電池的燃料供給、微機電液系統等方面都有廣泛的應用前景，其研製開發備受世界各國學者的廣泛關注。為滿足不同領域的應用需求，人們提出了多種結構形式的壓電晶片泵。儘管所提出壓電泵的結構形式及性能差異較大，但都是利用晶片型壓電振子在電場作用下產生的彎曲變形實現流體驅動的。壓電泵主要由泵體、壓電晶片驅動器和兩個單向閥構成。當給壓電片施加電信號時，壓電晶片會隨之產生振動變形，並傳遞給與之相連的泵膜，泵膜的振動隨即轉化為泵腔容積的變化。當泵腔容積增大時，腔體內壓力減小，入口閥在流體壓力的作用下被打開，出口閥被關閉，流體進入泵腔；當泵腔容積減小時，腔體內壓力升高，出口閥在腔體內外的壓差的作用下被打開，入口閥關閉，流體排出泵腔，為一個工作循環。因壓電晶片泵的每個工作循環輸出的流體即為壓電振子變形所引起的泵腔的容積變化量，故可實現流量及壓力的精確控制，尤其適用於藥品控釋(如中國200610016573.9、200610030183.7)、化學試劑配備(如中國專利200810050550.9)等方面。然而，在實際工作中壓電晶片泵的輸出流量及壓力受工作條件的影響較大，除驅動電壓和頻率外，流體粘度(溫度)及輸出壓力等變化也都會影響壓電振子的變形量(即壓電泵的流量)。單純地採用調節驅動電壓和頻率的方法尚無法獲得較高的輸出精度，現有的一些傳感監測手段，如壓電振子部分為傳感單元，可表徵壓電泵的輸出壓力和流量，但該傳感器仍不能精確反映壓電泵的實際輸出壓力和流量，比如壓電泵的閥門發生故障等情況，可能導致比較嚴重的後果。因此，在藥品控釋、化學分析以及燃料電池等要求流量及壓力控制精確較高的場合嚴重地阻礙了壓電晶片泵在微機電系統及便攜類產品中的推廣應用。

發明內容
本發明的目的是針對上述不足之處提供一種壓電晶片泵的傳感器，其可以實時監測壓電晶片泵的流量，提高壓電晶片泵的輸出精度和可控性，更好地廣泛應用於精確度要求高的領域。
本發明的壓電晶片泵，至少包括一個晶片型壓電振子(壓電晶片和金屬板體粘接而成)、一個泵體、一組控制流體運動方向的單向閥、電極、傳感器以及固定螺絲。本發明的晶片型壓電振子安裝於泵體內部並由泵蓋夾緊，所述泵體和泵蓋採用螺釘連接並通過兩個密封圈夾緊壓電振子，所述泵體上安裝有進水和出水的單向閥，分別由進水口和進口閥片、出水口和出口閥片組成；所述進出口閥、泵體及壓電振子共同構成泵腔，所述壓電振子經電極與電源相連。本發明的特徵在於，所述出口閥片外有傳感器，當液體流經出水口時，出口閥片彎曲，所述傳感器產生相應彎曲並生成信號，經轉換處理後用於表徵壓電泵的流量。當電極接通電源且開啟並進入穩態工作時，壓電晶片受電壓作用發生變形。當壓電振子向泵腔的外部彎曲，致使所述泵腔容積增加、進口閥開啟、出口閥關閉，流體由進口閥進入泵腔，此為吸入過程；當壓電振子向泵腔內彎曲，使所述泵腔容積減小(流體壓力增加)、進口閥關閉、出口閥開啟，所述泵腔內的流體經出口閥排出，此為流體排出過程；在所述流體排出過程中，出口閥片外的傳感器也隨出口閥片向泵腔外部彎曲，轉化為電信號並經處理用於表徵壓電泵的流量。本發明特點及優勢在於:利用壓電泵出口閥片外的傳感器實現實時監測壓電泵的流量，提高壓電泵輸出流量的精確度。


以下將結合附圖對本發明進行進一步說明。圖1是泵體的結構示意圖。圖2是壓電泵的結構示意圖。
具體實施例方式參照附圖1、2，壓電泵的結構包括泵體1、進水口 2、進口閥片3、出水口 4、出口閥片
5、傳感器6、固定螺絲7、電極8、壓電晶片9、金屬板體10。如圖1、2所示，泵體I上安裝有進水和出水的單向閥，進水閥由進水口 2和進口閥片3組成，出水閥由出水口 4和出口閥片5組成，出口閥片5外側有傳感器6，各閥片及傳感器6通過固定螺絲7固定在泵體上。泵體I兩側為晶片型壓電振子，晶片型壓電振子由壓電晶片9和金屬板體10組成，金屬板體10靠近泵體1，壓電晶片9外側為電極8。所述進出口閥、泵體I及壓電振子(壓電晶片9和金屬板體10)共同構成泵腔。電極8與外部電源相連，電源開啟並進入穩態工作時，壓電晶片9受電壓作用使壓電振子(壓電晶片9和金屬板體10)發生變形。當壓電振子(壓電晶片9和金屬板體10)向泵腔的外部彎曲，致使所述泵腔容積增加、進口閥開啟、出口閥關閉，流體由進水口 I進入泵腔，此為吸入過程；當壓電振子(壓電晶片9和金屬板體10)向泵腔內彎曲，使所述泵腔容積減小(流體壓力增加)、進口閥關閉、出口閥開啟，所述泵腔內的流體經出水口 4排出，此為流體排出過程；在所述流體排出過程中，出口閥片5外的傳感器6也隨出口閥片5向泵腔外部彎曲，轉化為電信號並經處理用於表徵壓電泵的流量。所述壓電晶片9可由驅動單元和傳感單元組成:驅動單元受外加電壓作用產生彎曲變形時；傳感單元受迫彎曲產生電能，起生成的電壓信號經轉換處理後可用於表示壓電泵的輸出壓力和流量。
權利要求
1.一種壓電泵，其特徵在於結構包括泵體(I)、進水口(2)、進口閥片(3)、出水口(4)、出口閥片(5)、傳感器(6)、電極(8)、壓電晶片(9)、金屬板體(10):泵體⑴上安裝有進水和出水的單向閥，進水閥由進水口⑵和進口閥片⑶組成，出水閥由出水口⑷和出口閥片(5)組成，出口閥片(5)外側有傳感器(6);泵體(I) 一側或兩側為晶片型壓電振子，晶片型壓電振子由壓電晶片(9)和金屬板體(10)組成，金屬板體(10)靠近泵體(1)，壓電晶片O)外側為電極(S)0
2.權利要求1所述的壓電泵，其特徵在於所述壓電晶片(9)部分為傳感單元，部分為驅動單元。
3.權利要求2所述的壓電泵，其特徵在於所述傳感單元和驅動單元為粘接於金屬板體(10)一側或兩側的整體壓電晶片。
4.權利要求1所述的壓電泵，所述傳感器(6)為出口閥片(5)的一部分。
5.權利要求1所述的壓電泵，所述進口閥片(3)外側也裝配有傳感器(6)。
6.權利要求5所述的壓電泵，所述傳感器(6)為進口閥片(3)的一部分。
全文摘要
本發明屬於微流體傳輸與控制領域引用的微小精密壓電泵，具體涉及一種監測壓電泵流量的傳感器。
文檔編號F04B51/00GK103174635SQ201110461769
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者周明東 申請人:上海澤生科技開發有限公司