基於碟型傳感器閥的壓電疊堆泵的製作方法
2023-06-05 13:05:06
專利名稱：基於碟型傳感器閥的壓電疊堆泵的製作方法
技術領域：
本發明屬於微流體傳輸控制領域應用的壓電泵，具體涉及ー種基於碟型傳感器閥的壓電疊堆泵。
背景技術：
壓電泵具有結構簡單、體積小、反應迅速、無電磁幹擾、易於操作、流量及壓カ可控性好等諸多優勢，在醫療、化學分析、汽車發動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，因此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，人們提出了多種形式結構的壓電泵。雖然所提出的壓電泵結構形式和性能差異較大，但都是利用壓電振子在電場作用下產生的彎曲或伸縮變形實現流體驅動的。因壓電泵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容積變化量，故可實現流量及壓カ的精確控制，尤其適用於藥品控釋等方面。然而，在實際工作中，因壓電泵輸出流量及壓カ受工作條件影響較大，除驅動電壓、頻率外，流體粘度、溫度以及輸出壓カ等對其實際輸出流量也都有較大影響。因此，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。在藥品控釋、化學分析以及燃料電池等要求流量及壓カ控制精確較高的場合仍需採用流量及壓カ測量儀器進行監測，不僅増加了使用成本，也増加了系統體積、重量及複雜程度，嚴重地阻礙了壓電泵在微機電系統及便攜產品中的推廣應用。為提高壓電泵的輸出精度和可控性、降低成本、減小系統總體的體積和重量，人們曾提出了多種結構的自帶傳感器壓電泵，無需其它壓カ及流量測量儀器即可實現輸出流量及壓カ的自動測量，如中國專利201110173933. 7,201110181209. 9及201110181208. 4等所提出的直接利用壓電驅動器變形後所產生的電壓表徵輸出性能的壓電泵，中國專利201220276952. 2等所提出的利用置於泵腔內壓カ傳感器的輸出電壓表徵輸出性能的壓電泵等。上述現有的自測量壓電泵所採用的測量方式屬於間接測量，在某些特殊的工作條件下其測量精度會下降、甚至測量結構完全無效，如當輸送氣體、含氣量較大的液體、或所輸送的水基液體因溫度増加而嚴重氣化時，泵腔內因氣體含量増加而使壓力降低、甚至不能使出口閥開啟，此時雖然壓電驅動器變形較大且有較高的傳感電壓輸出，但泵的輸出流量可能很小或根本無流體輸出；同理，當進出ロ閥自身失效、或不能正常開啟與關閉吋，同樣會導致壓電泵的測量精度降低、甚至無效。可見，現有的自測量壓電泵在測量精度的準確性和可靠性方面還存在一定的不足。
發明內容
針對現有自測量壓電泵在測量精度的準確性及可靠性方面的不足，本發明提出一種基於閥片開度檢測實現輸出流量及壓カ測量的壓電疊堆泵，簡稱ー種基於碟型傳感器閥的壓電泵。本發明採取的技術方案是閥蓋通過螺釘安裝在泵蓋上，所述泵蓋通過螺釘安裝在泵體上；在所述閥蓋和泵蓋之間粘接有出ロ閥和進ロ閥，所述出ロ閥和進ロ閥都由環形壓電薄膜和基板粘接而成，所述基板都開有通孔；在所述泵蓋和泵體之間壓接有泵腔隔膜，在所述泵腔隔膜的兩側通過螺釘分別安裝有活塞和頂塊；活塞以及安裝於所述活塞上的密封圈、泵蓋、出口閥及進ロ閥共同構成泵腔；安裝在泵體端部的螺栓通過防扭擋塊將壓電疊堆驅動器壓接在所述頂塊上；所述壓電疊堆驅動器、出ロ閥及進ロ閥分別通過導線組一、導線組ニ及導線組三與電控單元相連。當所述電控單元開啟並進入穩態工作後、且驅動電壓由0向Vtl增加時，壓電疊堆驅動器開始伸長並推動頂塊、泵腔隔膜及活塞向右運動，致使泵腔的容積減小、流體壓カ增カロ，不斷増加的流體壓カ迫使出口閥開啟、進ロ閥關閉，流體經出口閥從泵腔中排出，此為排出過程；當電控單元的輸出電壓換向後，即電壓由Vtl向0減小時，壓電疊堆驅動器在泵腔隔膜的作用下開始收縮，致使泵腔的容積增加、腔內流體壓カ降低，不斷降低的流體壓カ迫使進ロ閥開啟，出口閥關閉，流體經進ロ閥進入泵腔，此為吸入過程。在上述實施例壓電泵的吸入過程與排出過程中，都伴隨著進ロ閥和出口閥的交替開啟與關閉、並有電壓信號生成，因此進ロ閥和出口閥還具有傳感器的功能；因進ロ閥及出ロ閥所產生的電壓值、以及壓電泵的輸出流量和壓カ均與閥的開度成正比，故壓電泵的輸出壓カP和流量Q均為出口閥的輸出電壓Vg,。及進ロ閥輸出電壓Vg, ^的函數，可採用出口閥的輸出電壓Vg,。或進ロ閥的輸出電壓Vp表徵壓電泵輸出壓カ和流量，即有壓カ為P =kl I Vg1、流量為Q = k2 I Vg I，其中kl、k2分別為壓電泵輸出壓カ及流量的標定係數，Vg為出ロ閥的輸出電壓Vg,。或進ロ閥的輸出電壓Vg,パ本發明的特色及優勢在於利用具有傳感功能的單向閥直接測量泵的輸出壓力和流量、無需額外的傳感器，故結構簡單、測量精度的準確度及可靠度較高，且適於液體、氣體以及氣液混合物等不同介質的泵送過程中的實時監測。
圖1是發明一個較佳實施例中壓電疊堆泵排出流體時的結構剖示圖；圖2是發明一個較佳實施例中壓電疊堆泵吸入流體後的結構剖示圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是發明一個較佳實施例中壓電疊堆泵輸入電壓波形；圖5是發明一個較佳實施例中出口閥的輸出電壓波形；圖6是發明一個較佳實施例中進ロ閥的輸出電壓波形；
具體實施例方式閥蓋2通過螺釘安裝在泵蓋4上，所述泵蓋4通過螺釘安裝在泵體10上；在所述閥蓋2和泵蓋4之間粘接有出ロ閥I和進ロ閥3，所述出ロ閥I由環形壓電薄膜1-2和基板1-1粘接而成、進ロ閥3由環形壓電薄膜3-2和基板3-1粘接而成，所述基板1-1和3-1都開有通孔；在所述泵蓋4和泵體10之間壓接有泵腔隔膜8，在所述泵腔隔膜8的兩側通過螺釘分別安裝有活塞7和頂塊9 ;活塞7以及安裝於所述活塞7上的密封圈6、泵蓋4、出口閥I及進ロ閥3共同構成泵腔5 ;安裝在泵體10端部的螺栓13通過防扭擋塊12將壓電疊堆驅動器11壓接在所述頂塊9上；所述壓電疊堆驅動器11、出口閥I及進ロ閥3分別通過導線組一 14、導線組ニ 17及導線組三16與電控單元15相連。
當所述電控単元15開啟並進入穩態工作後、且驅動電壓由0向Vtl增加時，壓電疊堆驅動器11開始伸長並推動頂塊9、泵腔隔膜8及活塞7向右運動，致使泵腔5的容積減小、流體壓カ增加，不斷増加的流體壓カ迫使出口閥I開啟、進ロ閥3關閉，流體經出口閥I從泵腔5中排出，此為排出過程；當電控單元15的輸出電壓換向後，即電壓由Vtl向0減小吋，壓電疊堆驅動器11在泵腔隔膜8的作用下開始收縮，致使泵腔5的容積增加、腔內流體壓カ降低，不斷降低的流體壓カ迫使進ロ閥3開啟，出口閥I關閉，流體經進ロ閥3進入泵腔5，此為吸入過程。在上述實施例壓電泵的吸入過程與排出過程中，都伴隨著進ロ閥3和出口閥I的交替開啟與關閉、並有電壓信號生成，因此進ロ閥3和出口閥I還具有傳感器的功能；因進ロ閥3及出口閥I所產生的電壓值、以及壓電泵的輸出流量和壓カ均與閥的開度成正比，故壓電泵的輸出壓力P和流量Q均為出口閥I的輸出電壓Vg,。及進ロ閥3的輸出電壓Vp的函數，可採用出口閥I的輸出電壓Vg,。或進ロ閥3的輸出電壓VgJ表徵壓電泵輸出壓カ和流量，即有壓カ為P = 1^1^|、流量為0 = k2 I Vg I，其中kl、k2分別為壓電泵輸出壓カ及流量的標定係數，其中Vg為 出口閥I的輸出電壓Vg,。或進ロ閥3的輸出電壓Vg,パ
權利要求
1.基於碟型傳感器閥的壓電疊堆泵，其特徵在於閥蓋通過螺釘安裝在泵蓋上，所述泵蓋通過螺釘安裝在泵體上；在所述閥蓋和泵蓋之間粘接有出口閥和進口閥；所述出口閥和進口閥都由環形壓電薄膜和基板粘接而成，所述基板都開有通孔；在所述泵蓋和泵體之間壓接有泵腔隔膜，在所述泵腔隔膜的兩側通過螺釘分別安裝有活塞和頂塊；活塞以及安裝於所述活塞上的密封圈、泵蓋、出口閥及進口閥共同構成泵腔；安裝在泵體端部的螺栓通過防扭擋塊將壓電疊堆驅動器壓接在所述頂塊上；所述壓電疊堆驅動器、出口閥及進口閥分別通過導線組一、導線組二及導線組三與電控單元相連。
全文摘要
本發明涉及一種基於碟型傳感器閥的壓電疊堆泵，屬於微流體傳輸與控制領域。閥蓋安裝在泵蓋上，泵蓋安裝在泵體上；在閥蓋和泵蓋之間粘接有出口閥和進口閥；出口閥和進口閥都由環形壓電薄膜和基板粘接而成，所述基板都開有通孔；在所述泵蓋和泵體之間壓接有泵腔隔膜，泵腔隔膜的兩側通過螺釘分別安裝有活塞和頂塊；活塞、泵蓋、出口閥及進口閥共同構成泵腔；螺栓通過防扭擋塊將壓電疊堆驅動器壓接在頂塊上；壓電疊堆、出口閥及進口閥分別通過導線組與電控單元相連。特色與優勢利用具有傳感功能的單向閥直接測量壓電泵的輸出壓力和流量，故結構簡單、測量精度的準確度及可靠度較高，且適於液體、氣體以及氣液混合物等不同介質的泵送過程中的實時監測。
文檔編號F04B43/04GK103032296SQ20121055129
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者張忠華, 闞君武, 王淑雲, 馬澤輝, 程光明 申請人:浙江師範大學