悬臂梁阀单腔压电泵设计方法研究

给出了悬臂梁阀单腔压电泵的理论分析，根据压电振子与流体耦合的理论，建立了压电泵系统的动态模型。分析了流体质量、输出压力和系统阻尼对压电泵最佳工作频率的影响，认为减小腔体高度可以提高压电泵的最佳工作频率，提高压电泵的稳定性。通过分析压电振子结构参数对变形量的影响规律，确定了振子的最佳结构参数，认为压电陶瓷层与金属基板厚度比取0．45～0．55，直径比取0．8～0．9最佳。研究了压电泵出流形式对压电泵输出能力的影响，认为轴向出流有利于提高压电泵的输出能力。

螺旋线形阀压电泵的理论与试验研究

有阀压电泵在精细化工、MEMS、生物医学工程等领域具有重大应用前景。为了克服有阀压电泵结构复杂、跟从与截止性差、成本高等缺点,设计一种异形拟悬臂梁结构的螺旋线形弹性固支阀,其螺旋臂长是简单悬臂梁阀的数倍,工作时开启度大,且因其螺旋线形弹性结构,阀体不仅可以上下回位,左右也具有对中功能,并把这种阀安装在有阀压电泵的泵腔内形成螺旋线形阀压电泵。在深入分析有阀压电泵优缺点的基础上分析螺旋线形阀压电泵的工作原理,依照泵内部能量传递的路径建立压电驱动(电压、频率)为输入与泵流动(流量、压差)为输出之间的关系式,加工试验样机,并进行性能测试试验,螺旋线形阀压电泵具有泵功能,证明了其有效性和理论分析的正确性。试验结果表明:随着驱动电压的增大,泵的输出流量和压差呈上升趋势,这个结果与Matlab数值仿真计算结果趋势一致。在电压为220 V、频率为30 Hz时,得到仿真流量41.26m L/min,实际试验流量为10.2 m L/min,误差75.3%;在电压为220 V、频率为20 Hz时,得到仿真流量27.51 m L/min,实际试验流量为22.8 m L/min,误差17.2%。

压电泵用截止阀设计与性能测试

为设计出适用于压电泵的被动截止阀,对压电泵用阀的设计要求和阀的工作条件进行了理论分析与阐述,并应用上述理论分别设计了悬臂梁阀、轮式平板阀和伞形橡胶阀等三种不同的结构压电泵用阀。理论分析了三种阀的静态过流特性,确定了各种结构尺寸因素对阀工作性能的影响。建立了测试被动截止阀性能的试验方法,并对所设计的三种阀的最小开启压力和静态过流能力进行了试验测试。试验结果表明,所设计的三种阀在0.2 kPa工作压力时都已开启工作,在静态过流能力上橡胶伞形橡胶阀与轮式平板阀比较接近,悬臂梁阀最差。将三种阀安装在结构相同的压电泵中,测试了安装三种阀泵的输出能力,结果显示,安装伞形橡胶阀压电泵的输出流量最大,轮式平板阀次之,悬臂梁阀最差。

PDMS薄膜阀压电泵设计及实验研究

文章设计、制作了PDMS薄膜阀压电泵,给出了由PMMA和PDMS构成的压电泵的基本结构,比较了悬臂梁和两端固支两种结构PDMS薄膜单向阀的压电泵性能,得出结论:在中低频下,悬臂梁结构阀压电泵输出流量大,在560 V,530 Hz下,悬臂梁结构阀压电泵最大输出流量为273.42 ml/min;相同条件下,两端固支阀压电泵最大输出流量为212.76 ml/min。两端固支阀具有优良的高频特性,在268.8 V,1110Hz下,悬臂梁阀压电泵的最大输出流量为135.57ml/min;相同条件下两端固支阀压电泵最大流量为227.08 ml/min。

微型压电泵系统的设计研究

提出了一种整机采用迭片式结构,单向阀采用悬臂梁式薄片阀的新结构微型压电泵,设计、制作了实验用样机泵,设计了正弦信号发生器电路,将产生的正弦信号经过电压放大和功率放大后,作为该泵的电源驱动,通过对该泵的工作性能进行较为系统的实验测试和研究,提出了利用多腔体串联结构提高压电泵性能的优化设计方案。实验测试表明,该泵工作性能稳定(样机尺寸:Φ15mm×1.8mm;50V正弦信号输入,80Hz条件下,最大输出压力22kPa,流量达到3.6ml/min)。该泵的设计方法及所用制作工艺可用于研发大量生产的实用微型泵。

微型压电泵的实验研究

提出一种由压电晶片驱动的新结构微型泵,选用悬臂梁式单向阀,并采用迭片技术。在实验室中设计、制作了实验样机,其中重要件如泵体和金属单向阀片均通过精密机械加工工艺制作而成。通过系统的实验测试和研究得出了许多有益的实验结果:工作性能稳定,整机具有较高的体积功能比(样机尺寸:Φ15mm×1.8mm;50V正弦信号输入,80H z条件下,流量达到3.6mL/m in,最大输出压力22kPa;微泵的自身泵送频率fsp达到12.4)。同时也提出了利用多腔体串联结构提高压电泵性能的优化设计方案。设计方法及所用制作工艺对研发适于大量生产的实用微型泵是一个有益的尝试。

电磁驱动微泵的设计与仿真

微电子机械系统(MEMS),作为一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域,微机电系统几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、生物医学、能源科学等,在流体、智能系统等领域具有巨大的应用前景。而微泵作为其中微流控系统的“心脏”,是微流体输送的动力源,也是微流控系统发展的重要标准。作为一种重要的微型执行元件,微泵可广泛应用于药物输送、血液运输、微型卫星推进系统等领域,具有巨大的市场应用价值。本文在对微泵国内外研究现状分析的基础上,提出了一种无阀式电磁驱动微泵,主要由悬臂梁阀、PDMS薄膜、钕铁硼组成,通过电磁力的作用下,使薄膜发生一定的形变,以改变泵体内容积的大小来实现流体的泵送,且通过改变电流的方向以及电流的大小,可以改变电磁驱动泵腔的流动方向和泵送流量的大小。本文最终对建立的模型进行仿真分析以及实践测试以得出微泵的泵送流量范围以及对应的磁力要求。