[发明专利]一种压电晶片泵

说明书

本发明属于微流体传输领域，具体涉及一种压电晶片泵。泵体上设有出入孔、储气室及至少两个由体腔构成的体腔组，从入孔到出孔各体腔组所含体腔数量依次降低；体腔组中靠近入孔的体腔上设有进口腔、靠近出孔的体腔上设有与储气室连通的出口腔，入孔和出孔分别与其相邻体腔组的进口腔和出口腔连通；进出口腔与其内所装阀片构成进出口阀；两个泵体相连接并经密封圈将换能器压接在其体腔内，换能器及密封圈与泵体构成泵腔，同一体腔组内的泵腔并联成泵腔组，同一泵体上的泵腔组串联成泵单元，两个泵单元串联或并联；不同体腔组中的换能器经不同导线组与驱动电源相连，工作中同一泵单元内的同一体腔组中的换能器变形方向相同。

技术领域

本发明属于微量气体传输与控制领域，具体涉及一种压电晶片泵。

背景技术

微型气体压缩与输送装置也称为微型气体压缩机、气泵、气体压缩装置等，主要用于气体采样、气体循环与供给、喷气冷却、负压保持、充气增压、加氧等诸多方面。根据工作原理，常用气体压缩装置可分为隔膜式、电磁式、叶轮式、活塞式等，其共性特点是都包含机械传动部分，故结构复杂，体积、重量及功耗等都较大，且存在较大的噪音和电磁干扰，不便于结构的微小化与集成化，在微机电领域的应用受到了一定的制约。近年来，人们相继提出了多种类型的压电式微型气体压缩与输送装置，如中国专利201110255709.2、201410104036.4、201410577904.0、201510649212.7等。尽管上述气体压缩与输送装置结构原理及性能差异较大，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气体驱动的，因压电振子弯曲变形所引起的泵腔容积变化量相对较小，现有压电式气体压缩装置可实现的输出流量及压力还很低，尤其是不能同时获得较大的输出流量和较高的输出压力，推广应用受到了一定的制约。

发明内容

为提高供气压力，本发明提出一种压电晶片泵，本发明的实施方案是：由泵体、阀片及换能器构成，泵体上设有出入孔、至少两个由体腔构成的体腔组及与体腔组数量相等的储气室，入孔与各体腔组及出孔依次串联，从入孔到出孔的各体腔组所含体腔数量依次降低；各体腔组中靠近入孔一侧的体腔上设有进口腔、靠近出孔一侧的体腔上设有与储气室连通的出口腔，入孔与其相邻体腔组的进口腔连通，出孔与其相邻的体腔组的出口腔连通；同一体腔组内的各体腔经内通孔连通，两相邻体腔组的进出口腔经外通孔连通；进出口腔与其内所安装的阀片分别构成进出口阀，阀片为悬臂梁阀或碟形阀；两个泵体经螺钉连接且其含体腔数量相同的体腔组相对安装，两个泵体经密封圈将换能器压接在其体腔内，密封圈位于换能器上下两侧，换能器为单个压电振子或由两个压电振子及其中间压接的垫圈构成，压电振子由基板和压电片粘接而成，压电片表面电极包括驱动单元和传感单元，压电片上驱动单元和传感单元与基板构成的复合层分别为驱动器和传感器，压电振子的表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；换能器由两个压电振子构成时两个压电振子受电压作用时的弯曲变形方向相同，换能器变形方向即为两个压电振子的变形方向；换能器及密封圈与泵体构成泵腔，同一体腔组内的泵腔并联成泵腔组，一个泵体上的各泵腔组串联成一个泵单元，两个泵体上的泵单元经管路并联，并联是指两个泵单元的入孔和出孔分别连通；不同体腔组中的换能器经不同的导线组与驱动电源相连，工作中同一泵单元内的同一体腔组中的换能器变形方向相同。

本发明中，驱动电源输出给各体腔组中压电振子的驱动器的是直流电压信号或不同频率的交流电压信号，驱动电压为直流信号时根据传感器感应电压的变化情况使驱动电压换向，实现自激驱动，即：当传感器的感应电压到达极值时直流驱动电压及压电振子的变形方向换向，从而解决不同负载时压电振子谐振频率的跟踪问题。

以具有三个泵腔组气体泵为例，从入孔到出孔，体腔组依次定义为体腔组一、二和三，进口阀依次定义为进口阀一、二和三，出口阀依次定义为出口阀一、二和三，泵腔组依次定义为泵腔组一、二和三，储气室依次定义为储气室一、二和三；同一个泵单元内，泵腔组一经入孔从外界吸入气体进行第一级压缩后排入储气室一，泵腔组二从储气室一吸入气体进行第二级压缩后排入储气室二，泵腔组三从储气室二吸入气体进行第三级压缩后排入储气室三，储气室三内的气体经出孔排出。