[发明专利]压电泵的传感器

说明书

技术领域

本发明属于微流体传输与控制领域引用的微小精密压电泵，具体涉及一种监测压电泵流量的传感器。

背景技术

压电泵的研究始于二十世纪八十年代末。1978年美国Sandia国家实验室的W.J.Spenser发表了《电控压表胰岛素泵和阀》，之后不断发展，压电驱动器种类得到了不断的更新。压电晶片泵作为电驱动器的一个重要分支，以其结构件大、体积小、反应快、无电磁干扰、易于操作、流量/压力可控性好等诸多优势，在医疗、化学分析、航空航天、汽车发送机及燃料电池的燃料供给、微机电液系统等方面都有广泛的应用前景，其研制开发备受世界各国学者的广泛关注。为满足不同领域的应用需求，人们提出了多种结构形式的压电晶片泵。尽管所提出压电泵的结构形式及性能差异较大，但都是利用晶片型压电振子在电场作用下产生的弯曲变形实现流体驱动的。压电泵主要由泵体、压电晶片驱动器和两个单向阀构成。当给压电片施加电信号时，压电晶片会随之产生振动变形，并传递给与之相连的泵膜，泵膜的振动随即转化为泵腔容积的变化。当泵腔容积增大时，腔体内压力减小，入口阀在流体压力的作用下被打开，出口阀被关闭，流体进入泵腔；当泵腔容积减小时，腔体内压力升高，出口阀在腔体内外的压差的作用下被打开，入口阀关闭，流体排出泵腔，为一个工作循环。因压电晶片泵的每个工作循环输出的流体即为压电振子变形所引起的泵腔的容积变化量，故可实现流量及压力的精确控制，尤其适用于药品控释(如中国200610016573.9、200610030183.7)、化学试剂配备(如中国专利200810050550.9)等方面。

然而，在实际工作中压电晶片泵的输出流量及压力受工作条件的影响较大，除驱动电压和频率外，流体粘度(温度)及输出压力等变化也都会影响压电振子的变形量(即压电泵的流量)。单纯地采用调节驱动电压和频率的方法尚无法获得较高的输出精度，现有的一些传感监测手段，如压电振子部分为传感单元，可表征压电泵的输出压力和流量，但该传感器仍不能精确反映压电泵的实际输出压力和流量，比如压电泵的阀门发生故障等情况，可能导致比较严重的后果。因此，在药品控释、化学分析以及燃料电池等要求流量及压力控制精确较高的场合严重地阻碍了压电晶片泵在微机电系统及便携类产品中的推广应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种压电晶片泵的传感器，其可以实时监测压电晶片泵的流量，提高压电晶片泵的输出精度和可控性，更好地广泛应用于精确度要求高的领域。

本发明的压电晶片泵，至少包括一个晶片型压电振子(压电晶片和金属板体粘接而成)、一个泵体、一组控制流体运动方向的单向阀、电极、传感器以及固定螺丝。

本发明的晶片型压电振子安装于泵体内部并由泵盖夹紧，所述泵体和泵盖采用螺钉连接并通过两个密封圈夹紧压电振子，所述泵体上安装有进水和出水的单向阀，分别由进水口和进口阀片、出水口和出口阀片组成；所述进出口阀、泵体及压电振子共同构成泵腔，所述压电振子经电极与电源相连。本发明的特征在于，所述出口阀片外有传感器，当液体流经出水口时，出口阀片弯曲，所述传感器产生相应弯曲并生成信号，经转换处理后用于表征压电泵的流量。

当电极接通电源且开启并进入稳态工作时，压电晶片受电压作用发生变形。当压电振子向泵腔的外部弯曲，致使所述泵腔容积增加、进口阀开启、出口阀关闭，流体由进口阀进入泵腔，此为吸入过程；当压电振子向泵腔内弯曲，使所述泵腔容积减小(流体压力增加)、进口阀关闭、出口阀开启，所述泵腔内的流体经出口阀排出，此为流体排出过程；在所述流体排出过程中，出口阀片外的传感器也随出口阀片向泵腔外部弯曲，转化为电信号并经处理用于表征压电泵的流量。

本发明特点及优势在于：利用压电泵出口阀片外的传感器实现实时监测压电泵的流量，提高压电泵输出流量的精确度。

附图说明

以下将结合附图对本发明进行进一步说明。

图1是泵体的结构示意图。

图2是压电泵的结构示意图。

具体实施方式

参照附图1、2，压电泵的结构包括泵体1、进水口2、进口阀片3、出水口4、出口阀片5、传感器6、固定螺丝7、电极8、压电晶片9、金属板体10。