电压和压力载荷下圆形薄膜压电驱动器形变分析

薄膜压电驱动器驱动均匀气体压力载荷时具有不同的形变特征.根据基尔霍夫薄板原理,采用最小能量法和里兹法建立了圆形薄膜压电驱动器耦合均匀压力载荷条件下的静态形变模型.分别在电压驱动、压力驱动以及电压与压力共同驱动条件下,实验测试了驱动器的形变特征,并与计算模型对比,发现最大相对误差在9.3%以内,验证了模型的可靠性.基于建立的形变模型,分别讨论了驱动器压电层与弹性基层的半径比和厚度比对驱动器形变的影响,分析了均匀压力载荷条件下驱动器的形变特性.结果表明,薄膜压电驱动器存在最佳的半径比和最佳的厚度比,并且在均匀压力载荷下,驱动器半径比低于0.71时会明显导致驱动器的边缘处出现反向形变,不利于驱动.

新结构药品输送压电泵的泵送特性

提出了一种新式的双压电薄膜驱动串联压电泵 ,并对其输出性能进行了试验研究。压电泵采用多层粘结的圆片结构 ,包括 PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯 )泵体、两个独立驱动的压电薄膜驱动器和三个弹性薄膜阀片。两个压电薄膜驱动器交叉工作 (即驱动相位相差 180°) ,相当于两个独立的单腔体泵串联工作 ,使该泵具有较高的输出压力和流量。泵的输出性能取决于压电薄膜几何参数。利用厚度 0 .18m m、直径 5 0 mm的压电薄膜制作的试验样机能以两种不同的方式工作 :直接输液 (药液流经泵腔 )和间接输液 (药液不经过泵腔 ,利用空气压力使密封容器内流体输出 )。两种工作方式的频率响应特性差别很大 ,间接输液的高频性能好 ,而直接输液的低频性能好。在驱动电压 80 v、频率为 2 0 Hz时 ,实际测得间接 /直接输液的最大流量分别为 2 2 0、35 ml/ m in,最大出口压力分别为 14、2 1KPa。

圆形压电振膜静态位移模型及参数优化分析

结合薄膜变形原理和压电本构方程,在电压激励条件下,对弹性压电薄膜驱动器进行受力分析,建立压电驱动器横向位移计算模型。在文献提供的几何参数和材料物理参数的基础上,对比理论,文献试验以及模拟仿真的结果,偏差不超过10%,验证理论模型可行。并通过试验测试,进一步分析模型计算结果的准确性,结果表明理论计算与试验数据最大误差在7%以内。基于建立的数学模型,分析不同电压、不同半径比以及不同压电厚度和弹性膜厚度对圆形压电驱动器横向位移的影响。结果表明:圆形压电驱动器中心的横向位移随电压线性变化;在压电驱动器厚度和材料物理参数一定时,压电层与弹性层半径比为0.75时,压电驱动器中心横向位移最大;当电压、材料物理参数以及压电驱动器半径比固定的条件下,分析压电厚度和弹性膜厚度对圆形压电驱动器横向位移影响机理,在压电驱动器总厚度一定条件下,得到最优的压电厚度占总厚度的比值。通过分析不同几何参数对压电驱动器横向位移的影响,指导和优化压电驱动器的结构设计。