有阀压电泵

有阀和无阀压电泵比较,泵的输出能力受阀影响较大,但却有较大的输出压力和能力,尤其一些带有被动截止阀的压电泵,结构简单,容易加工,性能可靠,因此得到较快的发展并已经逐渐商业化。

1.3.2.1 平板螺旋阀压电泵

图1.15　非对称坡面腔底结构

图1.16　非对称坡面腔底无阀压电泵工作原理

Nam-Trung Nguyen等人构造了一种聚合体形式的压电泵,泵是由SU-8光阻材料和有机玻璃加工而成。其中泵的关键部分截止阀,是由100μm厚的SU-8薄膜加工而成,其结构尺寸如图1.17所示。其中直径1mm振动板部分由四根螺旋臂悬挂,螺旋臂起到弹簧的作用,用此种阀构造的压电泵如图1.18所示。这种压电泵在100V驱动电压下,最大流量和最大输出压力可达1ml/min和200mmH2O。

1.3.2.2 塑料薄膜阀压电泵

图1.17　平板螺旋阀

图1.18　平板螺旋阀压电泵

压电泵在泵腔干燥情况下能够自吸一直是困扰许多研究者的一个难题。Sebastian研究者采用一种塑料薄膜构造压电泵的阀体,其阀体部分结构如图1.19所示。这种阀采用的是一种夹层结构,阀的薄膜孔部分都和突起的阀座相结合以保证阀的单向截止性。由此种形式的阀构造的压电泵在电源信号为方波驱动电压350,驱动频率为50Hz时,输出水的流量可达2ml/min,最大输出压力为1.25kPa,泵送气体的流量是50ml/min,并能够自吸,如图1.20所示。

1.3.2.3 方形平板阀压电泵

图1.19　塑料薄膜阀

图1.20　塑料薄膜阀压电泵

压电泵如果能够输出较大的压力,除了压电振子提供充足的能量外,阀的性能也起着决定行的作用。Bo Li等人为能够输出较大压力的压电泵设计了一种带有十字型筋结构的阀。这个微型阀包括进出口的通道和新型的镍质阀振动部分以及阀的制动器,阀拍有四个类似弹簧功能的悬臂联结着,阀的形状为方形,阀的振动部分尺寸为300×300μm,每个弹簧梁的尺寸为50×400μm,厚度均为10μm。其中阀的振动部分是把镍电镀在硅片上加工而成,加十字型筋结构目的是为了增大阀的开启刚度,如图1.21所示。阀的弹性部分是由四个弹簧梁承担,由这种结构阀制成采用压电叠堆驱动的压电泵,在10kHz工作频率下,输出压力可达2.4MPa。

图1.21　方形平板阀压电泵

1.3.2.4 悬臂梁阀压电泵

悬臂梁阀压电泵因为阀结构简单容易加工,因此在压电泵的制作过程中被广泛采用。悬臂梁阀同能够完全开启的运用在其他压电泵上阀比较,因为悬臂梁阀需要一面固定,因此在出流方面受到了一定程度的限制,并且阀的输出性能也受到了阀臂长等因素的影响。Jung-Ho Park等人设计制造了悬臂梁阀压电泵,如图1.22。泵采用的是压电叠堆作为驱动源并进行了泵的性能实验测试,实验发现,压电叠堆上所加的附加质量及悬臂梁阀的厚度对泵的性能都有很大的影响,适当的在压电驱动器加载附加质量有利于其所研究压电泵性能的提高;不同厚度的阀对泵的共振频率点没有产生影响,但对阀的输出性能产生了影响。这种泵在55±45矩形波电压驱动下,以水为驱动流体时最大输出流量为80mm3/s,最大输出压力为0.32MPa。

图1.22　悬臂梁阀压电泵工作原理图

1.3.2.5 薄片式浮阀压电泵

图1.23　薄片式浮阀压电泵

周边固定的阀在工作时阀的开度是有限的,并且流体通过阀时也会有一定的压力损失。Jung-Ho Park等人设计的薄片式浮阀压电泵在一定程度上解决了这些问题,并且这种阀的结构还能够泵送较大黏度的流体如图1.23。和有固定阀结构的压电泵相比,整个阀结构部分加工了两个容纳浮阀的阀室,如图1.23,阀靠驱动器产生的压差在阀室内工作。这种泵在55±45矩形波电压驱动下,以水为驱动流体时最大输出流量为183mm3/s,比其先前研究的悬臂梁阀压电泵(流量为80mm3/s)性能有了很大提高。