[实用新型]一种非共振式自适应可换向微型压电泵装置

说明书

本实用新型涉及一种非共振式自适应可换向微型压电泵装置，属于流体传输与控制领域。自适应压电泵整体由上盖、泵体、下盖、密封圈和压电振子组成；3个压电振子通过螺栓与密封圈进行连接和密封，两侧流道经过两侧阀座与中间泵腔连通；压电振子采用分割电极法在压电陶瓷的表面电极上分割出面积较小传感单元和面积较大驱动单元。特色与优势：通过监测压电振子的工作状态，改变动力部压电振子的驱动电压及频率，可实现输出流量的自适应精确控制，集成度/输出精度高；通过监测主动阀部的开度，每个循环周期内只包含吸入和排出过程，避免了流体回流现象，具有非共振特性，故出流平稳、脉动小、能量转换效率高。

技术领域

本实用新型属于微流体传输与控制领域应用的微小精密压电泵，具体涉及一种非共振式自适应可换向微型压电泵装置。

背景技术

随着科技发展，近年来在微流体传输领域出现了一种基于逆压电效应原理的压电泵装置，同传统泵相比，压电泵具有结构简单、成本低、体积小、重量轻、耗能低，无电磁干扰、可根据施加电压或频率控制输出流量的特点。不过，由于压电泵属于容积泵，虽理论上其流量可通过改变施加电压或频率精确控制，但是在实际工作中，压电泵一般采用最佳工作频率进行驱动，在系统共振状态下工作，通过调节驱动电压进行输出性能控制。在这种驱动方式下，压电泵往往存在以下情况：

①由于承载能力，结构等因素限制，工作环境对其输出流量影响很大

②由于压电泵是由压电振子、工作流体、进出口阀及泵体构成的复杂流固耦合系统，外界条件的变化会引起最佳工作频率的漂移

③压电陶瓷本身的迟滞、蠕变、非线性等不良特性，以及压电陶瓷多次压电效应都影响泵输出流量的准确性和可控性

故单纯地采用调节驱动电压方法尚无法获得较高的输出精度。因此，目前在药品控释、DNA样品制备、电泳检测、PCR反应、化学分析等精密的微量流体输送与控制应用中，仍需采用额外的流量及压力测量仪器进行实时监测，这不仅提高了使用成本，而且增加了系统的体积、质量及复杂程度，严重地阻碍了压电泵在微机电系统及便携类产品中的推广应用。

可见，输出流量精确、可控性好、环境适应能力强的微小型压电泵依然是很多领域所急需的。

发明内容

针对现有压电泵自身所固有的某些局限性或弊端，本实用新型提出一种非共振式自适应可换向微型压电泵装置，以下简称自适应压电泵。

本实用新型采用的技术方案是：自适应压电泵整体由上盖、泵体、下盖、密封圈和压电振子组成。具体连接方式为：3个压电振子通过螺栓与密封圈进行连接和密封；所述压电振子均由金属基板和压电陶瓷粘接而成，采用分割电极法在压电陶瓷的表面电极上分割出面积较小传感单元和面积较大驱动单元；所述压电振子还与控制系统相连；所述控制系统中的驱动模块连接驱动单元与金属基板，所述控制系统中的感应模块连接传感单元与金属基板；两侧流道经过两侧阀座与泵腔连通。

本实用新型中，对3个压电振子施加存在一定相位差的交流电压，使得3个压电振子在交流电压作用下往复振动，其中动力部的压电振子促使泵腔的容积交替地增加与减小，主动阀部的压电振子促使两主动阀部交替地开启与关闭，从而实现流体的流动；一种较佳工作过程为：左侧主动阀部完全打开，右侧主动阀部完全关闭，泵腔内的容积开始增大，流体将从左侧流道进入泵腔，此为吸入过程；左侧主动阀部完全关闭，右侧主动阀部完全打开，泵腔内的容积开始减小，流体从泵腔流向右侧流道，此为排出过程，吸入与排出过程交替循环，实现流体从左侧流道流向右侧流道；同理，通过改变驱动电压相位差，可实现流体从右侧流道流向左侧流道。