双振子单腔压电泵输出性能试验

5.3.3.1 两种结构泵的输出性能比较

从图5.10试验曲线中可以看出,在相同工作条件下,所设计的新型结构(b)结构的输出流量约为(a)结构输出流量的2倍,这说明,(b)结构形式大大提高了单腔双振子压电泵的输出能力。

另外从试验曲线中可以发现,作为单腔双振子压电泵,仍然保持单腔单振子压电泵的工作特点,最佳工作频率点比较低,约为40Hz左右。

5.3.3.2 压缩比对双振子单腔泵输出的影响

图5.10　两种结构输出流量曲线

为了获得压缩比对(b)结构单腔双振子压电泵输出性能的影响,分别加工了腔体高度为0.2mm、0.6mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm的试验样机,并测得了各自在工作时的压缩比,得到了输出流量曲线,如图5.11所示。试验中发现,当压缩比=1/46(腔体高度为1.2mm)时,泵的输出性能最好。这说明,在泵的设计过程中,合理地确定泵腔的初始容积,有助于提高泵的输出性能。

图5.11　不同压缩比下输出流量曲线

5.3.3.3 振子约束支撑方式对输出性能影响

压电振子与泵腔之间的密封采用“O型”橡胶圈时,振子安装在上、下盖上,当上、下盖上装有密封圈等柔性物质与振子接触时,振子的支撑方式就为柔性支撑。柔性支撑时振子的固定方式可以看成是简支固定。如果在上、下盖上不加密封圈,而让振子直接安装在刚性盖上,此时振子的固定方式可看成固支固定。图5.12是振子两侧都有橡胶圈和仅在泵腔接触侧有“O型”橡胶圈两种不同情况下对双振子单腔泵的流量测试曲线。从试验曲线中可以看出,当振子两侧都有“O型”橡胶圈时,泵的最佳工作频率点降低,但在最佳工作频率点输出液体流量却和单侧有“O型”橡胶圈时最佳工作频率点液体流量输出基本一样。这说明柔性支撑可以降低泵的最佳工作频率但却不影响泵的流量输出,因为从公式(5-14)可以看出,输出流量是关于工作频率和腔体容积变化量的函数。

图5.12　振子不同支撑方式下输出流量曲线

5.3.3.4 不同驱动方式下输出性能比较

当压电泵由两个以上压电振子进行驱动时,两个振子的电信号驱动形式都可以是“同步驱动(或同相驱动)”或“异步驱动(或异相驱动)”。“同步驱动”是指两个压电振子在同一时刻振动使泵腔容积变化量同时增大或减小,只需压电振子连接信号源时极性相同;“异步驱动”是指压电振子在同一时刻振动各自引起泵腔容积变化量恰恰相反,须使压电振子上施加的信号源极性相反。对于不同的驱动形式对泵的输出影响是不一样的。

作为有阀压电泵,依靠阀体两侧腔内外压差交替变化实现流体的连续输送,其输出流量最大时有个最佳工作频率点,这个点由泵体、振子、阀体及工作介质等几个因素决定,因此输送液体介质时和输送气体介质时压电泵的最佳工作频率点会有很大不同,图5.13是双振子单腔泵输送水和空气时输出流量随电信号驱动频率之间的变化曲线。由于是两个振子驱动,所以两个振子间驱动的电信号相位可以有同步和异步驱动两种形式,在这两种工作情况下输送液体和气体随频率变化试验被获得。从试验中可以看出,不管是哪种驱动形式,输送气体时的最佳工作频率点都要远远高于输送液体。这主要是由于气体的黏度及密度和液体有很大差别造成的。

图5.13　输送不同介质时流量曲线