[发明专利]一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵

说明书

技术领域

本发明属于流体驱动与控制领域，具体涉及一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵。

背景技术

压电泵以其结构简单、体积小、反应快、无电磁干扰、易于操作、流量及压力可控性好等诸多优势，在医疗、化学分析、航空航天、汽车发动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泵。尽管现有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。因压电泵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、化学试剂配比，燃料电池燃料供给等方面。现有压电泵大都由圆形压电振子驱动的，其输出流量及压力较低，仅能用于低压力和微流量的场合；最关键的是，工作中压电振子双向弯曲变形、压电晶片承受交变的拉-压应力，故易因变形量过大而破损、可靠性低、无法通过增加压电振子尺度和驱动电压提高输出流量和压力。

发明内容

针对现有压电泵输出能力和可靠性方面的不足，本发明提出一种压电晶片振子驱动的隔膜泵。本发明采用的实施方案是：泵体上设有左壁板和右壁板，左壁板上设有相互连通的导向孔和腔体，腔体侧壁端部经螺钉安装有隔膜和泵盖，泵盖上设有进口阀和出口阀，隔膜和泵盖构成泵腔；施力件的圆盘和挡板经螺母和施力件的导杆上的螺纹压接在隔膜的两侧；为获得较大的输出流量，隔膜为0.2mm和0.1mm厚时，施力件圆盘直径分别为D1＝(0.55～0.75)D2和D1＝(0.7～0.9)D2，式中D2为泵腔直径；导杆经导向孔伸出，导杆端部经螺母固定有连接块，连接块上经压块和螺钉安装有两组压电振子，压电振子两端经压块和螺钉分别固定在左壁板和右壁板上，压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；压电振子安装前的自由状态下为平直结构、且其长度大于左壁板和右壁板间的距离，压电振子安装后变成弯曲结构、且压电晶片曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片承受压应力、金属基板承受拉应力；压电振子上处于连接块左侧的部分构成驱动单元I、右侧部分构成驱动单元II，驱动单元I和驱动单元II的驱动电压相位差为180度。

工作过程中，驱动单元I受电压作用伸长时驱动单元II受电压作用缩短，导杆向右运动，泵腔容积增加、流体压力降低，流体经进口阀进入泵腔；驱动电压换向后，驱动单元I受电压作用缩短时驱动单元II受电压作用伸长，导杆向左运动，泵腔容积减小、流体压力增加，泵腔内流体经出口阀流出；驱动电压连续地交替变化时即形成了导杆的左右往复运动及流体的连续输出；压电振子在一个驱动单元中受电压作用伸长量达最大时在另一个驱动单元中缩短量达到最大，缩短量和伸长量相互制约，从而确保压电晶片始终工作在合理的压应力范围内；其它条件确定时，增加压电振子数量和长度可分别提高输出压力和流量。

优势与特色：①通过安装的方法将平直压电振子变成弯曲结构，形成伸缩式压电驱动器，制作方法及工艺简单、成本低；②压电晶片仅工作在压应力状态下、且两个驱动单元的变形量相互制约，故可靠性高；③便于通过增加压电振子数量和长度增加提供泵的输出压力和流量。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中泵的结构原理简图；

图2是本发明一个较佳实施例中压电振子的结构示意图；

图3是本发明一个较佳实施例中泵体的结构图；

图4是本发明一个较佳实施例中施力件的结构图；

图5是本发明两个驱动单元的电压相位关系图。

具体实施方式