專利名稱：“v”型管無閥壓電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及流體力學(xué)學(xué)科中對無閥壓電泵的改進(jìn)，特指一種"v"型
管無閥壓電泵。
背景技術(shù)：
壓電泵作為一種機(jī)械式微泵中的一種，由于其結(jié)構(gòu)簡單、體積小質(zhì)量輕、噪聲小、無電磁干擾、輸 出流量較為易控制等優(yōu)點，成為目前研究最多的一種微型泵。目前的壓電泵主要分為有閥壓電泵和無閥 壓電泵，有閥壓電泵結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工比較困難，而且不適合在高頻的工作頻率下運作，不能滿足在 理論上壓電泵所希望能夠在高頻工作頻率下進(jìn)行工作的要求，而且容易產(chǎn)生斷流現(xiàn)象，工作時產(chǎn)生的噪 音也比較大，影響了泵的性能。無閥壓電泵可以滿足高頻頻率下的工作要求，克服有閥壓電泵的斷流現(xiàn) 象，不用擔(dān)心閥的疲勞破壞。目前，無閥壓電泵廣泛采用擴(kuò)散/漸縮管或錐型管，在小尺寸壓電泵中， 通常采用增加泵腔的方法來提高泵的流量，這種方法使泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。為此，本實用新型在擴(kuò)散管原
理基礎(chǔ)上，結(jié)合三通式管的特殊結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計出一種新型的"V"型管結(jié)構(gòu)的壓電泵，既滿足了三通
式管壓電泵減小旋渦帶來的影響，又有效地增加了泵的流量，這對于小尺寸大流量用壓電泵系統(tǒng)的發(fā)展 起到很好的促進(jìn)作用。
① 擴(kuò)散/漸縮管是1993年，由瑞典的E.Sterame等人創(chuàng)造性地發(fā)明了無閥壓電泵。A valve-less diffuser /nozzle based fluid pump. Sensors and Actuators A， 1993, A39(2): 159-167。因其無 閥壓電泵是利用了互為倒置的擴(kuò)散/漸縮管機(jī)構(gòu)，所以稱之為擴(kuò)散/漸縮管無閥壓電泵，這也是第一臺無 閥壓電泵，從而開辟了壓電泵新的研究領(lǐng)域，由于無閥壓電泵可以有效的減小泵體積使其實現(xiàn)微型化， 同時可以避免泵閥跟從性差的問題，從而可以實現(xiàn)高頻工作的要求。
壓電振子通電后，產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，促使振子上下起伏振動，從而引起泵腔的變化，流體通過前后 的擴(kuò)散管閥，由于擴(kuò)散/漸縮管前后的壓力損失不等性，最終導(dǎo)致流體在擴(kuò)散/漸縮管中的流量差，從而 實現(xiàn)流體的單向輸送。
② 國內(nèi)的張建輝博士在"Y"形流管無閥壓電泵振動分析及泵流量計算，光學(xué)精密工 程.2007, 15(6) :923-929. —文中研究了 "Y"型閥壓電泵的振動分析和流量分析。"Y"型閥特點在于可 以減小錐型管閥產(chǎn)生的旋渦對流體造成的損害。但他采用的是直管路，而且研究的尺度相對來說是比較 大的。適合作為微芯片等更加微型化的三通型閥尚未研究。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種"V"型管無閥壓電泵，其可克服普通無閥壓電泵流量小的不足，其 結(jié)構(gòu)簡單，防電磁干擾，流量較容易控制，可在較高的工作頻率下工作，可用于微型輸液系統(tǒng)等微型流 體機(jī)械的應(yīng)用。
本實用新型為實現(xiàn)上述目的，其包括固定片、固定螺釘、泵體、壓電振子、進(jìn)口管和出口管。其特 征是在泵體上分別安裝的進(jìn)口管和出口管分別為結(jié)構(gòu)一樣但方向相反安裝的"V"型管結(jié)構(gòu)，即正"V" 型管和倒"V"型管，其中"V"型管包括合流管和兩個分支管，其中分支管是中軸線對稱分布的兩個 擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)的管路，在合流管中交匯；進(jìn)口管為正"V"形，兩分支管與泵腔相連，合流管與外界管路 相連；出口管為倒"V"形，合流管與泵腔相連，兩分支管與外界管路相連。 本實用新型的工作原理
(1) 供給過程
如圖3所示，當(dāng)壓電振子通電后，當(dāng)壓電振子向上振動時，泵腔體積增大，泵腔內(nèi)的壓強降低， 從而流體通過進(jìn)出口管流入泵腔內(nèi)，但由于"V"型管正反方向上壓力損失系數(shù)的不等，造成通過進(jìn)
口管的流量大于出口閥的流進(jìn)量，即込入 > 込入。此時，總的流進(jìn)量為Q總?cè)?込入+込入。
(2) 泵送過程
如圖4所示，當(dāng)壓電振子向下振動時，泵腔體積減小，泵腔內(nèi)壓強增大，從而流體通過進(jìn)出口管排 出泵腔，與供給過程相反的是，通過進(jìn)口管的流量小于出口管的流量，即込a〉^ij。此時，總的排
出量為0總出-Gi出+02出。
根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，"V"型管正向的流量大于反向的流量，即在整個泵送過程中，^A>g^，
2加>2認(rèn)。因為2總?cè)?2總出，所以厶2 = &入一込出=22出_22入>0。
通過計算可得出對于進(jìn)口管來說，供給狀態(tài)的流進(jìn)量大于泵送狀態(tài)時的排出量；對于出口管正 好相反，即供給狀態(tài)下的流進(jìn)量小于泵送狀態(tài)的排出量，這就實現(xiàn)了整個泵的單向流動。 本實用新型的優(yōu)點
通過將傳統(tǒng)的擴(kuò)散管和三通式管結(jié)構(gòu)的有利的結(jié)合，從而可以在保證不另外添加泵腔的情況下，提 高泵送流量。它主要是針對更加微小尺寸下的壓電泵提高泵送流量問題而設(shè)計的一種較為理想的能同時 兼顧不增加泵腔數(shù)目以提高泵送流量的要求，有望能在生物芯片、微流控芯片以及微型全分析系統(tǒng)、臨 床藥物微量輸液系統(tǒng)中得到應(yīng)用。通過采用"V"型管來替代一個擴(kuò)散管， 一方面可以保證尺寸的微小 化以及結(jié)構(gòu)的簡單化，另一方面克服了普通無閥壓電泵流量小，容易產(chǎn)生旋渦帶來的影響等問題。從而 提高了泵的可靠性及泵的流量。

圖l所示為本實用新型所設(shè)計的壓電泵結(jié)構(gòu)圖；圖2所示的是"V"型管閥的結(jié)構(gòu)其中
1——泵體；2——固定片；3——固定螺釘；4——壓電振子；5——進(jìn)口管；6——出口管 ^——兩擴(kuò)散管的分叉角；(D——擴(kuò)散管的擴(kuò)散角。
圖3所示為該壓電泵供給過程工作原理；圖4所示為該壓電泵泵送過程工作原理。
具體實施方式

本實施例結(jié)構(gòu)如圖l所示。包括固定片2、固定螺釘3、泵體l、壓電振子4、進(jìn)口管5 和出口管6。進(jìn)出口管是結(jié)構(gòu)一樣但方向相反安裝的"V"型管結(jié)構(gòu)。圖2所示的是"V" 型管的結(jié)構(gòu)圖。
"V"型管是一種三通形式的特殊管路結(jié)構(gòu)，包括合流管9和兩個分支管7和8。其中 分支管7和8是中軸線對稱分布的兩個擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)的管路，在合流管9中交匯。其中，進(jìn)口 管為正"V"形，兩分支管與泵腔相連，合流管與外界管路相連；出口管為倒"V"形，合流 管與泵腔相連，兩分支管與外界管路相連。
權(quán)利要求1、一種“V”型管無閥壓電泵，它包括泵體(1)、固定片(2)、固定螺釘(3)、壓電振子(4)，其特征在于在泵體(1)上分別安裝了正“V”型管(5)和倒“V”型管(6)，進(jìn)出口管是結(jié)構(gòu)一樣但方向相反安裝的“V”型管結(jié)構(gòu)，“V”型管包括合流管(9)和兩個分支管(7、8)，其中分支管(7、8)是中軸線對稱分布的兩個擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)的管路，在合流管(9)中交匯；其中，進(jìn)口管為正“V”形，兩分支管與泵腔相連，合流管與外界管路相連；出口管為倒“V”形，合流管與泵腔相連，兩分支管與外界管路相連。
專利摘要本實用新型屬于流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及流體力學(xué)學(xué)科中對無閥壓電泵的改進(jìn)。其包括固定片、固定螺釘、泵體、壓電振子、進(jìn)口管和出口管。其特征是在泵體上分別安裝的進(jìn)口管和出口管分別為結(jié)構(gòu)一樣但方向相反安裝的“V”型管結(jié)構(gòu)，即正“V”型管和倒“V”型管，其中“V”型管包括合流管和兩個分支管，其中分支管是中軸線對稱分布的兩個擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)的管路，在合流管中交匯；進(jìn)口管為正“V”形，兩分支管與泵腔相連，合流管與外界管路相連；出口管為倒“V”形，合流管與泵腔相連，兩分支管與外界管路相連?？蓱?yīng)用于生物芯片、微流控芯片以及微型全分析系統(tǒng)、臨床藥物微量輸液系統(tǒng)、化學(xué)及生化的定量、流量控制泵、微機(jī)械的液力驅(qū)動器、電子設(shè)備及計算機(jī)的冷卻用動力及電磁場的干擾等領(lǐng)域。
文檔編號F04B53/00GK201246300SQ20082003544
公開日2009年5月27日 申請日期2008年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月5日
發(fā)明者何秀華, 睿 張 申請人:江蘇大學(xué)